第八章有机地球化学解读.pptx

第八章 有机地球化学 有机地球化学：地球和天体中有机物质的组成、结构和性质，以及它们的发生、发展和演化规律。 有机化合物大多来自于生命体，它们结合到沉积岩中，并被保留在各个地史时期。由于自然过程和人为活动的影响，它们循环到地球表层，并再次参与生命合成反应。 地学、有机化学和生物学交叉渗透的边缘学科； 应用领域：早期有机地球化学的形成和发展得益于石油地球化学的进步，并在很大程度上受石油地球化学的影响；目前广泛应用于能源、矿产资源、海洋、环境、生命科学。 第一节 生物圈 地球上各种生物生存和分布的地球外圈，称为生物圈（Biosphere） 生物圈-维尔纳茨基 跨越接近地表的大气圈、水圈和岩石圈，是地球上最大的生物群落环境，其中包含着生物与生物之间，以及生物与环境之间的相互关系。 与生命有关联的元素目前已知（或推测）的有30多种 生物圈的地球化学组成分为：①生物本身，包括植物、动物及微生物等 ②生物环境，包括土壤、水、空气等 ③生物源的岩石、矿物等，即腐殖质、煤、石油和天然气等 碳、氢和氧是生物体中最丰富的三种元素； 碳、氮、氢和氧在生物圈中集中的现象并不是偶然的，这些元素是元素周期表中原子序数较小，挥发性较大的元素，很容易形成许多有机和无机化合物，因此，它们便于用来进行生物化学能的转移和转化； 生物元素在元素周期表中分布范围较广，包括主族元素、金属元素和过渡元素。 C、H、O、N、S、P等主族元素在生命体中占有最大的组分比例，是生命体的基本结构材料，也是是有机地球化学研究的主要对象。 生命元素的分类和作用 必需元素：存在于健康组织中，与生物学功能有关；在各种属的生物体内均有恒定的浓度范围；去除会引发病变，重新摄入后能恢复；18种，H、C、O、N、P、S、Cl、I、Na、K、Ca、Mg、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Mo; 有益元素：B、F、Si、Se、Sr、V、Cr、Ni、Sn、Br、W 沾染元素：浓度可变，生理作用未完全确定； 有害元素 界线不固定，依生物体对元素需求和元素的浓度和存在形式而定 生物元素分为四大类 生命元素的分类和作用 在生物演化过程中，生物对元素的选择主要遵循如下规则： 丰度规则：有若干种选择时，生物体选择自然界丰度最高的元素； 生物利用度规则：在丰度规则前提下，元素更易溶解、迁移和转化； 有效性规则：选择更有效的化合物； 基本适宜规则：具有完成生物功能的能力； 生命元素的化学性质和有机化合物的基本特征 易成键：共价键、氢键等； 多样的键长、键角； 复杂的三维排列； 二 光合作用和有机质的形成 光合作用的过程是将光能转变成化学能，是地球上新的有机碳合成的唯一途径。其它生物和微生物都依赖降解生物体提供的有机质而生活。 自然界中有两类光合作用： 绿色植物的光合作用 细菌的光合作用 地球上的碳循环是根据光合作用的速率大于呼吸速率的正平衡进行的 光合作用是唯一能分离氧的，广泛存在于地表的化学反应，大气圈的游离氧全部都来自生命光合作用。 地球形成之初，原始大气主要为氢和氦，由于太阳风的作用逐渐逃逸； 太古宙早期的大气主要是水、CO2、N2、CO、SO2、HCl、CH4和NH3，还原性，来自于火山活动释放的气体。 37亿a前，原始海洋中出现生命——异养体，依赖非生物作用产生的有机分子存活。 光合作用：蓝绿藻， 20亿a，氧化环境 三 生物圈的演化 生物经过了由低级到高级，简单到复杂，单一到多样的进化历程。 生物的进化分为：前生命的化学进化和生物进化，前者短暂，后者漫长。 前生命的化学进化：由无机物质到有机生命； 异养假说和类蛋白微球学说：水、还原性大气和充足的能源（放电、宇宙射线、热能和太阳能）环境中，无机小分子 氨基酸等有机小分子 蛋白质和核酸等有机大分子 团聚体和类蛋白球等多分子体系，进入前细胞构造阶段 37~38亿a左右，细胞出现 生物圈的演化特征 生物进化： 前显生宙微观进化过程 从太古宙初到元古宙末，历时30亿a，原核生物是主体，生物进化主要表现为细胞内部结构的复杂化和代谢方式的改变，即从异养生物到自养生物、从无氧呼吸到有氧呼吸、从原核生物到真核生物的进化。原始异养生物逐渐为自养的、行光合作用的生物所代替。 显生宙宏观进化过程 生物组织器官的进化、物种分异和生物多样性的变化。重要事件主要是：动植物的分化、生物从水生到陆生，以及人类的起源。 主要生物类型的演化及