第三章有机质的产生聚集及生物圈的演化 (2)精选文档.ppt

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1、第三章有机质的产生聚集及生物圈的演化本讲稿第一页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第一节第一节 光合作用光合作用第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 第三节第三节 有机碳的循环有机碳的循环 第四节第四节 不同环境的生物产率不同环境的生物产率 本讲稿第二页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及

2、生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 有机质是形成地壳上有机矿产最原始的物质，而光合作用是造成地球上产生大量有机质的基本过程。光合作用是细菌或绿色植物通过叶绿素利用光能将CO2和H2O转化成有机物质的过程：光能hv6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O 叶绿素 多糖及其它有机物质 第一节第一节 光合作用光合作用即利用阳光的能量将水分解，其中的H用于还原CO2，产生葡萄糖，将无机碳转化为有机碳，而O2被游离出来。自氧生物从葡萄糖教进一步能够合成多糖及其它有机物质。因此光合作用的实质是将光能转变为有机物质的化学

3、能。本讲稿第三页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 光合作用光合作用 据据估估算算，地地球球上上总总有有机机碳碳的的量量约约为为6.4106.4101515t t，总总游游离离氧氧的的量量约约为为16.91016.9101515t t，两两者者的的比比例例约约为为2.642.64。这这一一比比值值与与COCO2 2中中氧氧碳碳的的质质量量比比值值2.66(=O2.66(=O2 2/C=32/16)/C=32/16)是是相相近近的的。这这种种平平衡衡计计算算可可能能

4、表表明明，大大多多数数未未结结合合在在碳碳酸酸盐盐岩岩和和硅硅酸酸盐盐中中的的氧氧确确系系由由光光合合作作用用产产生生的的。同同时时也也说说明明，有有机机碳碳主主要要是是COCO2 2经经光光合合作作用用而而固固定定的的。因因此此，古古代代沉沉积积物物中中有有机机碳碳是是和和古古大大气气圈圈中中的的含含氧量有关的。氧量有关的。根据根据SchopfSchopf等（等（19651965）对古老岩石中有机质的研究，）对古老岩石中有机质的研究，TissotTissot等等（19781978）推断，大约在）推断，大约在2000Ma2000Ma以前，有机质光合作用的产物已明显以前，有机质光合作用的产物已明

5、显遍及全世界，使还原大气圈逐渐向氧化性转变。正是光合作用，才遍及全世界，使还原大气圈逐渐向氧化性转变。正是光合作用，才使有机质大量产生。随着光合作用的进行与发展，生物界生生不息，使有机质大量产生。随着光合作用的进行与发展，生物界生生不息，其数量和种类越来越多。其数量和种类越来越多。本讲稿第四页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 光合作用光合作用在地球的历史发展过程在地球的历史发展过程中推测的与生命演化有中推测的与生命演化有关的重要事件（关的重要事件（TissotT

6、issot等，等，19781978）在大约在大约4000Ma4000Ma以前，即当水在地球表面成以前，即当水在地球表面成为普遍物质以前，大量的生物是不可能存在于为普遍物质以前，大量的生物是不可能存在于地球上的。在元古代时期，大气圈呈还原状态，地球上的。在元古代时期，大气圈呈还原状态，无游离氧存在，而是含有无游离氧存在，而是含有H H2 2、CHCH4 4、N N2 2和和H H2 2O O。大约在大约在3000Ma3000Ma前，地球上首次出现了原始前，地球上首次出现了原始生物的时候，它们可能利用了非生物作用生物的时候，它们可能利用了非生物作用所产生的有机分子作为新陈代谢的能量来所产生的有机分

7、子作为新陈代谢的能量来源。因此，最早出现的生物应该是异养生源。因此，最早出现的生物应该是异养生物，但异养生物不可能以这种方式大量繁物，但异养生物不可能以这种方式大量繁殖。到这些异养生物将通过非生物作用所殖。到这些异养生物将通过非生物作用所产生的有机质几乎全部消耗尽的时候，光产生的有机质几乎全部消耗尽的时候，光合作用则发展成为第二种能量的来源。合作用则发展成为第二种能量的来源。本讲稿第五页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化

8、有机质的产生、聚集及生物圈的演化 光合作用光合作用 在这个过程中，能够利用阳光作为另一种能源的自养生物能够独立在这个过程中，能够利用阳光作为另一种能源的自养生物能够独立生活，从而避免了食物的短缺。某些从光合细菌演化出的蓝、绿藻可能生活，从而避免了食物的短缺。某些从光合细菌演化出的蓝、绿藻可能是第一个产氧的生物，随着生物的演化，自养的、进行光合作用的生物是第一个产氧的生物，随着生物的演化，自养的、进行光合作用的生物群超过了异养生物群，并且逐渐在生物界占了优势。如前所述，大约在群超过了异养生物群，并且逐渐在生物界占了优势。如前所述，大约在2000Ma2000Ma以前，光合作用作为一种全球性的现象出

9、现，为食料的供给和高以前，光合作用作为一种全球性的现象出现，为食料的供给和高等形式的生命演化奠定了基础。此后地球的大气圈慢慢变成了氧化环境，等形式的生命演化奠定了基础。此后地球的大气圈慢慢变成了氧化环境，即出现了游离的分子氧。由于在地球的大气圈中出现了游离的分子氧，即出现了游离的分子氧。由于在地球的大气圈中出现了游离的分子氧，就改变了整个地球的生态环境，对只适应无氧环境的原生生物起一定的就改变了整个地球的生态环境，对只适应无氧环境的原生生物起一定的破坏作用，通过变异和选择，生物进化到有氧呼吸，使生物的代谢系统破坏作用，通过变异和选择，生物进化到有氧呼吸，使生物的代谢系统发生质的飞跃，就大大提高

10、了新陈代谢的效能，为生命的发展提供了极发生质的飞跃，就大大提高了新陈代谢的效能，为生命的发展提供了极有利的条件，从此以后生物界便开始了大量繁衍，从而为油气母质的形有利的条件，从此以后生物界便开始了大量繁衍，从而为油气母质的形成提供了基础。成提供了基础。本讲稿第六页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 我们知道油气及其前身物（干酪根和沥青）在我们知道油气

11、及其前身物（干酪根和沥青）在最古老的震旦系沉积岩中就已经存在，当时仅发育最古老的震旦系沉积岩中就已经存在，当时仅发育原始的原生生物，随着地质历史的演化，生物界也原始的原生生物，随着地质历史的演化，生物界也经历了由低级到高级、由简单到复杂、由单一到多经历了由低级到高级、由简单到复杂、由单一到多样的演化过程。生物圈的不断繁衍，使不同种类生样的演化过程。生物圈的不断繁衍，使不同种类生物可提供不同类型的生油原始物质，从而生成不同物可提供不同类型的生油原始物质，从而生成不同性质的油气。因此，研究不同地质历史时期油气的性质的油气。因此，研究不同地质历史时期油气的形成，必须考虑生物圈的演化。形成，必须考虑生

12、物圈的演化。本讲稿第七页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 生物圈的概念生物圈的概念 地地球球上上广广泛泛分分布布着着各各种种生生物物，但但其其发发育育有有一一定定的的范范围围。生生物物的的活活动动仅仅限限于于地地球球外外圈圈，包包括括接接近近地地表表的的大大气气圈圈、地地壳壳表表面面薄薄层层和和水水圈圈，合合称称为为生生物物圈圈。生生物物圈圈中中生生物物分分布布的的最最大大高高度度和和最最大大深深度度为为其其上上、下下限限

13、。上上限限究究竟竟有有多多高高，目目前前尚尚无无确确切切的的资资料料，决决定定于于有有无无水水分分和和短短波波辐辐射射量量的的大大小小，无无水水或或短短波波辐辐射射量量大大时时生生物物即即不不能能生生存存。生生物物圈圈的的下下限限，在在海海洋洋中中可可达达深深海海，在在陆陆地地上上可可达达有有水水分分而而温温度度不不超超过过100100的的地地方方。显显然然，生生物物圈圈跨跨越越地地壳壳上上的的大大气气圈圈、水水圈圈和和岩岩石石圈圈，是是地地球球上上最最大大的的生生物物群群落落环环境境。凡凡是是有有生生物物活活动动的的地地方方就就必必然然有有营营养养物物质质、代代谢谢物物质质、分分解解物质和生

14、物残骸等，从而造成有机质在地壳上的广泛分布。物质和生物残骸等，从而造成有机质在地壳上的广泛分布。本讲稿第八页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 生物圈的演变特征生物圈的演变特征 一般认为，生命是由无机物经过一系列一般认为，生命是由无机物经过一系列阶段慢慢演化而来的。最早的是异养生物。阶段慢慢演化而来的。最早的是异养生物。由这种异养生物逐渐发展演变为光合作用的由这种异养生物逐渐发展演变为光合作用的自养生物，进一步发展演化出各种

15、生物。其自养生物，进一步发展演化出各种生物。其演化有如下几个特征：演化有如下几个特征：本讲稿第九页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 生物圈的演变特征生物圈的演变特征 首先首先,原始异养生物到自养生物的演化，从而使无氧呼吸（发酵）发原始异养生物到自养生物的演化，从而使无氧呼吸（发酵）发展到有氧呼吸，为食料的供给和向高级生命形式的发展奠定了基础。展到有氧呼吸，为食料的供给和向高级生命形式的发展奠定了基础。当原当原始的异养生物，

16、将最初由非生物作用产生的有机物质（如始的异养生物，将最初由非生物作用产生的有机物质（如NHNH3 3，CH CH4 4）消）消耗殆尽之后，就无法维持生存，而逐渐为自养的、进行光合作用的耗殆尽之后，就无法维持生存，而逐渐为自养的、进行光合作用的生物所代替。光合作用的结果，使大气中有了游离氧，还原性的大生物所代替。光合作用的结果，使大气中有了游离氧，还原性的大气圈逐渐向氧化性大气圈转变。大气中的游离氧改变了整个生态环气圈逐渐向氧化性大气圈转变。大气中的游离氧改变了整个生态环境，对只适应无氧环境的原生生物起一定的破坏作用，通过变异和境，对只适应无氧环境的原生生物起一定的破坏作用，通过变异和选择，生物

17、进化到有氧呼吸，大大提高了其新陈代谢的效能，为生选择，生物进化到有氧呼吸，大大提高了其新陈代谢的效能，为生物进步发展提供了有利条件。物进步发展提供了有利条件。本讲稿第十页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 生物圈的演变特征生物圈的演变特征 其次，其次，生物的演化是从原核到真核以及此后从无性生殖到生物的演化是从原核到真核以及此后从无性生殖到有性生殖的发展。从原核到真核是生物由简单到复杂的转有性生殖的发展。从原核到真核是生物由简

18、单到复杂的转折点。折点。一切高等的多细胞生物都是以真核细胞为基本单一切高等的多细胞生物都是以真核细胞为基本单元的。真核生物的发育推动了生物的其它三大进化：元的。真核生物的发育推动了生物的其它三大进化：（1 1）有性生殖的出现，大大提高了生物的变异性和适应）有性生殖的出现，大大提高了生物的变异性和适应性；（性；（2 2）动植物的分化，形成动、植、菌三级生态系统；）动植物的分化，形成动、植、菌三级生态系统；（3 3）从单细胞到多细胞的发展，使生物机体复杂化。）从单细胞到多细胞的发展，使生物机体复杂化。本讲稿第十一页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有

19、机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 生物圈的演变特征生物圈的演变特征 第第三三个个特特征征就就是是动动、植植物物的的分分化化，也也是是生生物物系系和和生生态态系系统统上上的的最最大大演演变变。从从此此以以后后，生生物物进进化化在在植植物物、动动物物和和菌菌类类三三级级系系统统的的基基础础上上进进行行。最最早早原原始始动动物物的的出出现现大大约约在在1000Ma1000Ma前前，进进入入古古生生代代，动动物物化化石石数数量量突突然然惊

20、惊人人地地增增加加，包包括括腕腕足足类类、腹腹足足类类、三三叶叶虫虫等等达达12001200多多种种，生生命命演演化化到到了相当高级的程度。了相当高级的程度。本讲稿第十二页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 生物圈的演变特征生物圈的演变特征 第第四四个个特特征征是是从从水水生生发发展展到到陆陆生生。最最初初的的生生命命产产生生于于水水中中，而而且且在

21、在很很长长时时期期内内仅仅停停留留在在水水中中。直直到到奥奥陶陶纪纪，陆陆地地淡淡水水中中才才开开始始出出现现鱼鱼形形动动物物，志志留留纪纪开开始始出出现现陆陆生生高高等等植植物物，到到泥泥盆盆纪纪，各各种种类类型的陆地植物才普遍繁殖。型的陆地植物才普遍繁殖。最后，人类的出现是生物演化的最重要的特征。最后，人类的出现是生物演化的最重要的特征。本讲稿第十三页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 生物圈的演变特征生物圈的演变特征

22、生物进化与沉积有机质地史分布示意图（据钟宁宁、秦勇等，生物进化与沉积有机质地史分布示意图（据钟宁宁、秦勇等，19951995）本讲稿第十四页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 主要生物类型主要生物类型 根据蒂索等对生物圈的演化过程与地球根据蒂索等对生物圈的演化过程与地球的地质历史相关性的研究认为，从前寒武纪的地质历史相关性的研究认为，从前寒武纪到泥盆

23、纪，有机物质的主要来源是海洋浮游到泥盆纪，有机物质的主要来源是海洋浮游植物。从泥盆纪开始，所增加的主要来源是植物。从泥盆纪开始，所增加的主要来源是陆地高等植物。从数量上看，形成沉积有机陆地高等植物。从数量上看，形成沉积有机质的四种最重要的生物是：质的四种最重要的生物是：浮游植物、浮游浮游植物、浮游动物、高等植物和细菌。动物、高等植物和细菌。本讲稿第十五页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 主要生物类型主要生物类型 1 1、浮

24、游植物、浮游植物 大约在大约在2000Ma2000Ma以前的前寒武纪，主要是蓝绿藻和进行光以前的前寒武纪，主要是蓝绿藻和进行光合作用的细菌产生有机碳。经过寒武纪、奥陶纪、志留纪，合作用的细菌产生有机碳。经过寒武纪、奥陶纪、志留纪，各种海相的浮游生物、细菌和蓝绿藻仍是有机碳的主要来源，各种海相的浮游生物、细菌和蓝绿藻仍是有机碳的主要来源，直到中泥盆世陆地植物才出现。作为自养生物，浮游植物的直到中泥盆世陆地植物才出现。作为自养生物，浮游植物的繁殖率很高，加上适宜其发育的水体面积广，因此其产率高繁殖率很高，加上适宜其发育的水体面积广，因此其产率高且总量大，它可能是世界上有机碳的第一大来源。且总量大，

25、它可能是世界上有机碳的第一大来源。本讲稿第十六页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 主要生物类型主要生物类型 2 2、细菌、细菌 细细菌菌和和藻藻类类一一样样，也也是是生生物物界界的的先先驱驱者者，而而且且又又是是地地球球上上分分布布最最广广、繁繁殖殖最最快快的的一一种种生生物物。细细菌菌的的生生活活能能力力很很强强，它它可可以以在在温温度度和和压压

26、力力变变化化很很大大的的条条件件下下发发育育，可可以以在在咸咸水水、淡淡水水、近近代代沉沉积积物物和和古古代代沉沉积积岩岩中中大大量量繁繁殖殖，在在生生理理学学方方面面示示出出巨巨大大的的适适应应性性和和多多变变性性。细细菌菌可可以以是是自自养养的的、异异养养的的或或两两者者兼兼有有的的；按按其其生生活活习习惯惯可可以以有有喜喜氧细菌、厌氧细菌和通性细菌。氧细菌、厌氧细菌和通性细菌。本讲稿第十七页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生

27、物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 主要生物类型主要生物类型 由由于于细细菌菌相相当当微微小小，而而且且缺缺少少硬硬体体部部分分，因因而而它它们们很很少少形形成成化化石石。化化石石记记录录不不适适于于确确定定整整个个地地史史中中细细菌菌的的产产生生数数量量。因因此此，它它对对有有机机质质沉沉积积的的贡贡献献难难以以定定量量。但但是是在在包包括括前前寒寒武武纪纪的的所所有有地地质质时时代代中中，都都曾曾经经发发现现过过细细菌菌化化石石的的例例子子。细细菌菌作作为为有有机机质质提提供供者者的的重重要要性性在在于于细细菌菌的的繁繁殖殖率率居居一一切切生

28、生物物之之首首，同同时时，许许多多发发育育于于沉沉积积物物中中的的细细菌菌死死亡亡后后易易于于被被保保存存下下来来。因因此此，它它可可能能是是仅仅次次于于浮游植物的有机质的第二大来源（浮游植物的有机质的第二大来源（TissotTissot等，等，19881988）。）。本讲稿第十八页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 主要生物类型主要生物类型 3 3

29、、浮游动物、浮游动物 生物进化过程中的食物链，使异氧的浮游动物的存在与分布和自氧的浮生物进化过程中的食物链，使异氧的浮游动物的存在与分布和自氧的浮游植物密切相关。在高产率的浮游植物区，浮游动物也相当发育（游植物密切相关。在高产率的浮游植物区，浮游动物也相当发育（BogororBogoror和和VinogradovVinogradov，19601960）。这种关系在前寒武纪浮游动物出现时就已存在，例）。这种关系在前寒武纪浮游动物出现时就已存在，例如单细胞的纺锤虫和放射虫、软体动物和节肢动物等都是这种情况。在浮游如单细胞的纺锤虫和放射虫、软体动物和节肢动物等都是这种情况。在浮游植物发育的高峰期早古

30、生代，大量发育着三叶虫、笔石等浮游动物。晚侏罗植物发育的高峰期早古生代，大量发育着三叶虫、笔石等浮游动物。晚侏罗世大量出现浮游的纺锤虫也与当时大量发育的浮游植物相伴随，它的数量受世大量出现浮游的纺锤虫也与当时大量发育的浮游植物相伴随，它的数量受浮游植物产率的控制。由于在食物链上，食物消费者的产率不可避免地远远浮游植物产率的控制。由于在食物链上，食物消费者的产率不可避免地远远低于食物提供者，因此，浮游动物的产率及其对有机质沉积的贡献远远低于低于食物提供者，因此，浮游动物的产率及其对有机质沉积的贡献远远低于浮游植物，而且越往高等动物，产率和贡献越小。但低等浮游动物的数量较浮游植物，而且越往高等动物

31、，产率和贡献越小。但低等浮游动物的数量较大，而且其繁殖率高，因而对形成沉积有机质有一定的贡献。大，而且其繁殖率高，因而对形成沉积有机质有一定的贡献。本讲稿第十九页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第二节第二节 生物圈的演化生物圈的演化 主要生物类型主要生物类型 4 4、高等植物、高等植物 高高等等植植物物发发育育在在陆陆地地。它它所所产产生生的的有有机机碳碳的的数数量量与与水水生生生生物

32、物大大致致相相当当。根根据据Huc(1980Huc(1980）估估算算，海海洋洋浮浮游游生生物物产产生生的的有有机机碳碳约约有有1.5101.5101010 7.0107.0101010t/t/年年，陆陆 地地 高高 等等 植植 物物 产产 量量 为为 1.4101.41010107.8107.8101010t/t/年年。地地史史上上的的高高等等植植物物出出现现时时期期较较晚晚。志志留留纪纪以以前前，陆陆地地只只有有少少量量的的低低等等植植物物，志志留留纪纪沉沉积积物物中中才才出出现现高高等等植植物物的的残残体体，从从泥泥盆纪开始植物残体才普遍存在于沉积岩中。盆纪开始植物残体才普遍存在于沉积岩

33、中。高高等等植植物物虽虽然然产产率率高高，但但由由于于发发育育在在陆陆地地，保保存存相相对对较较难难，故故它它对对有有机机质质沉沉积积，尤尤其其是是对对作作为为主主要要成成油油母母质质的的分分散散有有机机质质沉沉积积的的贡贡献献应应该该低低于于浮浮游游植植物物，也也可可能能低低于于细细菌菌。但但它它可可以以富富集集保保存存后后演演化为煤层，而煤往往是优质气源岩。化为煤层，而煤往往是优质气源岩。本讲稿第二十页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生

34、、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第三节第三节 有机碳的循环有机碳的循环 在自然界中，元素和物质的运动常常具有循环的特性，在自然界中，元素和物质的运动常常具有循环的特性，碳元素也不例外。在光合作用将无机碳转化成有机碳的同碳元素也不例外。在光合作用将无机碳转化成有机碳的同时，也有一些过程将有机碳转化为无机碳，从而构成了有时，也有一些过程将有机碳转化为无机碳，从而构成了有机无机碳的循环和平衡。为了研究沉积物（岩）中各种机无机碳的循环和平衡。为了研究沉积物（岩）中各种有机矿产的形成，包括石油和天然气矿产的形成，许多研有机矿产的形成，包括石油和天然气矿产的形成，许多研究者研究了碳的

35、地球化学循环，并发现，石油与天然气的究者研究了碳的地球化学循环，并发现，石油与天然气的形成只不过是这种循环的一个组成部分。正是碳的循环结形成只不过是这种循环的一个组成部分。正是碳的循环结果，不断地为沉积有机质提供了来源。为了了解碳的循环，果，不断地为沉积有机质提供了来源。为了了解碳的循环，首先引入首先引入有机圈有机圈的概念。的概念。本讲稿第二十一页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第三节

36、第三节 有机碳的循环有机碳的循环 有机圈的概念有机圈的概念 有有机机圈圈即即生生物物及及其其产产生生的的有有机机质质分分布布的的空空间间。它它不不仅仅包包括括生生物物圈圈，而而且且包包括括沉沉积积岩岩石石圈圈。生生物物圈圈仅仅指指活活的的生生物物分分布布的的空空间间。有有机机圈圈还还包包括括生生物物死死亡亡以以后后，有有机机质质沉沉积积、埋埋藏藏和和分分布布的的空空间间，即即沉沉积积岩岩石石圈圈。这这样样，有有机机圈圈实实际际上上包包括括生生物物体体活活动动和和有有机机质质演演化化的的场场所所。生生命命活活动动、有有机机质质沉沉积积作作用用、有有机机质质埋埋藏藏作作用用和和石石油油、天天然然气

37、气、煤煤等等有有机机矿矿产的形成作用都是在有机圈中发生和进行的自然过程。产的形成作用都是在有机圈中发生和进行的自然过程。本讲稿第二十二页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第三节第三节 有机碳的循环有机碳的循环 据研究，自然界中碳元素的总含量是一定的，其克拉克值为据研究，自然界中碳元素的总含量是一定的，其克拉克值为0.040.04。地。地球上总有机碳也是一定的，约为球上总有机碳也是一定的，

38、约为6.4106.4101515t t（WelteWelte，19701970）。大部分有）。大部分有机碳固定在沉积岩或沉积物中，约为机碳固定在沉积岩或沉积物中，约为5.0105.0101515t t；相当大的一部分有；相当大的一部分有机碳在沉积成因的变质岩中，约为机碳在沉积成因的变质岩中，约为1.4101.4101515t t；只有少量的有机；只有少量的有机碳在生物体中或落于水中，约为碳在生物体中或落于水中，约为0.003100.003101515t t（上表）。这样的（上表）。这样的分布与碳的循环有关。分布与碳的循环有关。有机碳的地有机碳的地球化学循环球化学循环系统系统 本讲稿第二十三页，

39、共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第三节第三节 有机碳的循环有机碳的循环 有机碳的地球化学循环系统有机碳的地球化学循环系统 二氧化碳的循环。据估算，在沉积岩碳的总量中，二氧化碳的循环。据估算，在沉积岩碳的总量中，1818为有机碳为有机碳，8282为碳酸盐碳为碳酸盐碳（SchidlowskiSchidlowski等，等，19741974）。有机碳和碳酸盐碳之间是有联系的。大气圈中）。有机碳和

40、碳酸盐碳之间是有联系的。大气圈中的二氧化碳与水圈中的二氧化碳不断的交换。在水体环的二氧化碳与水圈中的二氧化碳不断的交换。在水体环境中，通过生物使碳酸盐沉淀形成碳酸盐沉积物；反之，境中，通过生物使碳酸盐沉淀形成碳酸盐沉积物；反之，碳酸盐岩可以被溶解以完成水体中碳酸盐岩可以被溶解以完成水体中COCO3 32-2-、HCOHCO3 3-和和COCO2 2之之间的平衡。原始有机质可以通过陆地植物的光合作用吸间的平衡。原始有机质可以通过陆地植物的光合作用吸收大气中的二氧化碳而直接形成，或者通过海洋植物的收大气中的二氧化碳而直接形成，或者通过海洋植物的光合作用从水圈溶解光合作用从水圈溶解COCO2 2直接

41、形成。而陆地和海洋植物可以直接形成。而陆地和海洋植物可以通过呼吸或本身由于氧化作用遭到破坏，形成二氧化碳再通过呼吸或本身由于氧化作用遭到破坏，形成二氧化碳再回到大气中或水中，这样回到大气中或水中，这样COCO2 2存在于反复再循环的系统中。存在于反复再循环的系统中。本讲稿第二十四页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第三节第三节 有机碳的循环有机碳的循环 有机碳的地球化学循环系统有机碳的地球化学循环系统 地壳中有机碳的两个循环（据地壳中有机碳的两个循环（据Welt

42、e,1970Welte,1970，修改），修改）生物圈的循环生物圈的循环 岩石圈的循环岩石圈的循环 本讲稿第二十五页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第三节第三节 有机碳的循环有机碳的循环 有机碳的地球化学循环系统有机碳的地球化学循环系统 在生物圈中的小循环系统中，大约有在生物圈中的小循环系统中，大约有2.7102.71012123.0103.0101212t t的有机的有机碳参与。这个循环的周期较短，从几天到几十年。其中包括三个次一级的碳参与。这个循环的周期较

43、短，从几天到几十年。其中包括三个次一级的循环：循环：1、CO2光合作用光合作用植物和自养细菌植物和自养细菌 动物动物CO2呼吸呼吸2、CO2光合作用光合作用植植 物物 和和自养细菌自养细菌 动物动物CO2菌解、氧化菌解、氧化 死亡的死亡的有机体有机体 分解分解3、CO2光合作用光合作用植植 物物 和和自养细菌自养细菌 动物动物CO2剥蚀、氧化剥蚀、氧化 沉沉 积积有机体有机体 分解分解本讲稿第二十六页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集

44、及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第三节第三节 有机碳的循环有机碳的循环 有机碳的地球化学循环系统有机碳的地球化学循环系统 岩石圈的有机碳循环，以岩石圈为储存库。循环系统中，约有6.41015t有机碳参与，周期长达几百万年以上，其中也包括三个次一级的循环：1、CO2沉积作用沉积作用生物活动沉积物有机质成岩作用成岩作用沉积岩有机质上升、氧化上升、氧化燃烧燃烧CO22、CO2沉积作用沉积作用生物活动生物活动沉积物有机质成岩作用成岩作用沉积岩有机质深成作用深成作用石 油天燃气 煤开采燃烧开采燃烧CO23、CO2沉积作用沉积作用生物活动生物活动沉积物有机质成岩作用成岩作用沉积岩有机质深成

45、作用深成作用石 油天燃气 煤变质作用变质作用变质岩中的有机质上升、氧化上升、氧化CO2本讲稿第二十七页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第三节第三节 有机碳的循环有机碳的循环 有机碳的地球化学循环系统有机碳的地球化学循环系统 对对于于研研究究石石油油和和天天然然气气等等有有机机矿矿产产的的形形成成而而言言，有有机机碳碳在在有有机机圈圈中中的的大大循循环环是是很很重重要要的的，尤尤其其是是

46、当当有有机机质质一一旦旦进进入入沉沉积积物物中中，就就主主要要受受地地壳壳构构造造运运动动的的控控制制。当当地地壳壳主主要要为为沉沉陷陷和和埋埋藏藏作作用用时时，有有机机质质将将被被埋埋藏藏并并向向石石油油和和天天然然气气演演化化；相相反反，当当地地壳壳表表现现为为上上升升和和剥剥蚀蚀作作用用加加强强时时，有有机机质质将将遭遭受受氧氧化化，重重新新回回到到生生物物圈圈的的小小循循环环中中。对对油油气气地地球球化化学学家家而而言言，最最感感兴兴趣趣的的有有机机碳碳循循环环路路径径是是从从生生物物沉沉积积物物中中的的有有机机质质沉积岩中的有机质油、气、煤沉积岩中的有机质油、气、煤COCO2 2的循

47、环。的循环。本讲稿第二十八页，共四十三页第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第四节第四节 不同环境的生物产率不同环境的生物产率 不同水体环境的生物产率对于潜在烃源岩的形成十分重要。不同水体环境的生物产率对于潜在烃源岩的形成十分重要。在广阔的生物圈内生物发育极不平衡，是沉积物中有机质极不在广阔的生物圈内生物发育极不平衡，是沉积物中有机质极不均衡的重要原因之一，因而有必要了解不同水环境中生物的发均衡的重要原因之一，因而有必要了解不同水环境中生物的发育特征。影响生物产率的因素主要是

48、阳光和养料，而其它（如育特征。影响生物产率的因素主要是阳光和养料，而其它（如温度、水体的混浊度）往往并非独立的因素。主要水体环境类温度、水体的混浊度）往往并非独立的因素。主要水体环境类型包括：型包括：一、海洋环境一、海洋环境 二、海陆过渡环境二、海陆过渡环境 三、湖泊环境三、湖泊环境 四、沼泽环境四、沼泽环境 五、陆地环境五、陆地环境 本讲稿第二十九页，共四十三页第三章第三章第三章第三章第三章第三章 有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质的产生、聚集及生物圈的演化 第

49、四节第四节 不同环境的生物产率不同环境的生物产率 一、海洋环境一、海洋环境 现现代代海海洋洋空空间间巨巨大大，环环境境的的差差异异性性和和分分带带现现象象十十分分明明显显。生生物物的的产产率率主主要要受受阳阳光光、养养料料（包包括括二二氧氧化化碳碳、氮氮、磷磷和和微微量量有有机机质质（维维生生素素）和和海水的混合作用所控制。海水的混合作用所控制。海洋中所有的有机质主要是由单细胞藻类通过光合作用而产生的。海洋中所有的有机质主要是由单细胞藻类通过光合作用而产生的。光合作用产物在空间分布上的变化主要受阳光和养料供应的控制。光合作用产物在空间分布上的变化主要受阳光和养料供应的控制。一般只在两极地区的海

50、洋表面、广阔大洋的深处和混浊的滨海水域一般只在两极地区的海洋表面、广阔大洋的深处和混浊的滨海水域中，生物生长受到阳光供给的限制中，生物生长受到阳光供给的限制(Menzel,1974),(Menzel,1974),其余地区养料的其余地区养料的供给控制了生物的产率，而养料的供给又受再循环和环流作用的影供给控制了生物的产率，而养料的供给又受再循环和环流作用的影响，再循环和环流作用可从水体的透光带（一般位于表面水体顶部响，再循环和环流作用可从水体的透光带（一般位于表面水体顶部的的200m200m内）中补充或带走养料。此外快速的混合作用可使透光带连内）中补充或带走养料。此外快速的混合作用可使透光带连续地