Автор: M. Stefanova, D. Ivanov, N. Yaneva, S. Marinov, L. Grasset, A. Ambles
Перевод: Коренкова Ирина Николаевна
Источник: ISTO, UMR 6113, Lab. Org. Geochem., University of Orleans, BP 6759, 45067, Orleans Cedex 2, France
Даковое угленосное месторождение расположено на северо-западе Болгарии. Образование угольных месторождений, как полагают, связано с высыханием Дакового бассейна во время длительной регрессии в позднем Понтийском и Плиоценовом периоде (Дако-Румынская Эра). Проба бурого угля месторождения Лом, расположенного на северо-западе Болгарии, изучалась с помощью микропетрографии, общего химического анализа, спектральных методов и термохемолиза. Скопления пыльцы были незначительны, предполагается углеобразование в богатых кислородом условиях во время торфообразования. В извлеченном битуме присутствовали неразветвленные цепи алканов, алкан-2-онов, спиртов, дес-А-тритерпеноидов, ароматических гопанов, гопенов (гопанов и тритерпеноидов с сильным преобладанием олеанан-производных структур). Остаток после экстракции подвергали предварительному термохемолизу гидроксидом тетраметиламмония в режиме офф-лайн. Были получены: алифатические продукты С22-С27, жирные кислоты, метиловые эфиры, то есть альфа-метоксиметиловые эфиры,С22-С28 четные и альфа, омега-дикислоты диметилэфиры с плавным распределением цепей и- и аи-С15 кислот метиловых эфиров. Связанные жирные кислоты извлекались использованием ацетата тетраметиламмония. Основными продуктами термохемолиза являлись фенолы, структурно подобные лигнину. Ваниллиловых и сирингиловых единиц было произведено в одинаковых количествах, что свидетельствует об отсутствии древесного покрова покрытосеменных растений, как основных растений, входящих в палео-болото, и, вероятном происхождении из болот и пастбищных источников.
Результат экстракции битумов принес однозначную информацию о вкладе покрытосеменных в палеоболото, в то время как термохемолиз показал одновременный вклад и голосеменных, и покрытосеменных в источник формирования лигнитов. Блок биомаркеров сделал бурые угли месторождения Лом уникальными в Болгарии. Все другие бурые угли страны Эры Неогена – из хвойной растительности, с лишь следами покрытосеменных.
Образование угольных месторождений, полагают, было связано с высыханием Дакового бассейна во время длительного регресса в позднем Понтийском и Плиоценовом периоде (Дако-Румынская Эра). Было проведено только несколько исследований бурых углей месторождения Лом, касающихся геологии и петрологии. Они показывают, что формирование угля происходило в районе южной границы Дакового бассейна, где сформировалась обширная долина дельты. В таких условиях имели место обширные накопления торфа, а в результате – осаждение мощных угольных пластов низкого ранга до 40 метров со слоями и линзами несортированного песка, песчаных глин. Аналитический пиролиз совместно с газо-хромато-масс-спектрскопией – это мощный метод изучения природных биополимеров и геомолекул. В полимерных материалах под термическим воздействием происходит расщепление ковалентных связей с образованием соединений с меньшим молекулярным весом, отражающих состав пробы. Десятилетие назад традиционный пиролиз был улучшен путем быстрого нагрева пробы в присутствие гидроксида тетраметиламмония, известного как «пиролиз-метилирующий», или «термохемолиз» (McKinney and Hatcher, 1996). В противоположность обычному пиролизу, метод препятствует декарбоксилированию и в результате образуются метиловые эфиры и простые эфиры. Термохемолиз может проводится офф-лайн, то есть вначале проводится деструкция, а затем анализ полученных продуктов (del Rio et al., 1996, 1998; Grasset and Ambles, 1998). Метод был применен для различных био- и геологических материалов с использованием различных алкилирующих реагентов, допуская различия между метоксильными группами в исходной пробе (остатки лигнина в геополимерах). Термохемолиз с различными алкилирующими реагентами – это мощное средство для изучения биополимеров, ископаемых лигнина, гуминового вещества, угля, асфальтенов, керогена в нефтяной породе, нефтяных (битуминозных) сланцев (Hatcher et al., 1995; Almendros et al., 1999). Целью изучения – охарактеризовать состав биомаркерных соединений растворимой экстрагированной фракции бурых углей месторождения Лом; дополнительная информация предоставляется термохемолизом остатка.
Исследуемый район расположен на северо-западе Болгарии и представляет собой самую южную часть Дакового бассейна. Во время Нижнего Миоцена северо-западная Болгария была возвышенностью и никакие отложения этого периода неизвестны. Начало Среднего Миоцена характеризовалось масштабным наступлением моря на сушу, которое затопило большую часть северо-западной Болгарии, которая стала частью Дакового бассейна. С несколькими циклами затопления и ухода вод бассейн существовал до Плиоцена. Во время верхнего Миоцена площадь, покрытая морскими водами, значительно сократилась из-за поднятия Карпат и Западных Балканских гор. Во время нижнего Понтийского периода условия формирования осадочных отложений изменились с солончаковых на пресноводные. Верхний Понтийский период и остальные Плиоценовые периоды представлены континентальными отложениями с ограниченным распространением в области Лом. Во времена Плиоцена бассейн Лом был самой южной частью Дакового бассейна; угольный пласт достигал 40 метров толщины и переслаивался линзами рядового песка, песчаных глин. В северной части бассейна угольные образования состояли из рядов толщиной более 200 метров, чередующихся с глинами.
Бурый уголь Даковой угленосной провинции затоплен рекой Данубой большую часть года, что является проблемой для создания литостратиграфического продольного разреза. Засуха летом 2004 и снижение уровня воды в реке позволило выкопать некоторые образцы бурого угля из временно появившегося из воды острова. Для микроскопического исследования один образец был раздроблен до порошкообразного состояния (примерно 1 мм размер частиц), скреплен эпоксидной смолой и отшлифован. Анализ мацералов был проведен с помощью микроскопа Carl-Zeiss.
Для анализа палиноморфного содержания пробы 50 г измельченного образца было обработано согласно стандартному методу дезинтеграции Третичных отложений угля соляной кислотой, окислено НNO3, обработано КОН и разделено с помощью тяжелой жидкости (ZnCl2 со специальной плотностью 2,0). Проба промылась дистиллированной водой и отцентрифугировалась, просеялась (6µм), чтобы удалить мелкие компоненты глины и помещалась в глицерин. Брались две порции пыльцы и анализировались. Анализ, пересчет и микропетрография проводились в микроскопе Olympus BX 51 с использованием Olympus С 5060 и 5.1 МРх цифровой камеры.
Для свободного анализа битума образец бурого угля (30 г) был экстрагирован в течение 30 часов при использовании СНСl3 , а экстракт разделяли на силикагелевой колонке на следующие фракции: нейтральную (н-гексановый элюент), ароматическую (элюент – толуол) и полярную (ацетон служил элюентом).
Проведение офф-лайн термохемолиза осуществлялось в следующих условиях: около 1-2 г осадка после экстракции битумов было помещено в керамическую лодочку и 2 мл ТЕААс (25% об. Содержания в ЕtOH) были добавлены по каплям. Влажная проба была оставлена на ночь. Затем она была помещена в Пирекс-трубку (60х30 см) и нагрета до 400°С (1 час)., продукты термохемолиза были извлечены в потоке Hl (100 мл/мин) в две ловушки СНСl3, охлажденным в ванной со льдом (-15°С). В конце превращения система была разобрана и продукты, которые уловились, были соединены и собраны после уменьшения давления. Они были разделены в колонке с силикагелем с использованием смсеси Et2O в петролейном эфире с направленным увеличением. Были собраны следующие фракции: петролейный эфир (1), 10% Et2O в петролейном эфире (2), 20% Et2O в петролейном эфире (3), 50% Et2O в петролейном эфире (4) и Ме2СО (5). Разделение было проконтролировано путем использования TLC с техническими пластинами (Merck Kirselgel 60F254), отработанными 8% этилацетатом в петролейном эфире. Пластины были отображены под уф-излучением или карбонизацией с Н2SO4/MeOH раствором (в соотношении 60/40) и нагреты (аналитический TLC). Были использованы принятые стандарты и метилированные стандартные соединения для распознавания фракций, содержащих гидрокарбоны, фусидовые кислоты и фенолы. Фенолы, структурно родственные лигнину, полученные в результате термохемолиза, были сгруппированы так: ванилиллиловые фенолы (V)-3-метокси-4-гидроксибензальдегид (ванилин, G4); 3-метокси-4-гидроксиацетофенон (ацетованиллон,G5); 3-метокси-4-гидроксибензойная кислота (ванильная кислота, G6). Сирингиловые фенолы (S)-3,5-диметокси-4-гидроксибензальдегид (сирингиловыйальдегид, S4); 3,5-диметокси-4-гидроксиацетофенон (ацетосирингон, S5); 3,5-диметокси-4-гидроксибензойная кислота (сирингиловая кислота (S6)). Циннамиловые кислоты (С)-3-(3-метокси-4-гидроксифенил)-пропеновая кислота (феррулиновая кислота, G18); 3-(3,5-диметокси-4-гидроксифенил)-пропеновая кислота (S18). Термохемолиз превратил фенолы в производные метилового эфира и кислоты в метиловые эфиры. Аббревиатура соответствует эфирам и сложным эфирам выше названных соединений. В газохроматограммах содержание (выраженное в %) перечисленных соединений было определено путем скопления пиков. Сумма V, S, C была найдена и C/V, S/V коэффициенты были посчитаны. Диаграмма V/C ,S/Vбыла построена согласно Hedges Mann (1979) и распределение площади было проделано согласно Meyers (1997).
Окончательный и приближенный анализ был проведен с Перкен-Эльмер 240 микро CHN анализатором с использованием сухого горения при проведении сушки при 625°С (6 часов). Продукты экстракции и продукты термохемолиза были пересчитаны на «daf». Проба лигнита месторождения Лом была раздроблена до диаметра частиц менее 0.2 мм и анализирована на общее содержание серы с использованием стандартных методов. Органическая сера определена путем проведения пиролитических методов с МС определением и количественной интерпретацией результатов (Marinov, 2005).
Анализ оценки прочности был проведен при использовании «Turbo» модели RE6 пиролизатора (Vinci Technologies). Метод позволил определить общий органический углерод, свободные соединения углерода, Тmах, S2 пики, водородный показатель, кислородный показатель.
Нейтральные и ароматические фракции из разделения битумов на мини-колонке с силикагелем были анализированы в НР-5-МС инструменте, оснащенным DB-5 колонкой, пламенным ионизирующим детектором (FID, 300°С) и разделенным/неразделенным капиллярным инжектором, поддерживающим температуру 300°С и используемом в неразделенном методе (краник вновь открывается после инжекции). После того, как 0.5 минут держат температуру 85 °С, температура в печи повышается от 85 до 200 °С со скоростью 20°С/минуту и с 200 до 320°С со скоростью 5°С/минуту. Группы пиков были сравнены с NIST лабораторией и литературными данными. Продукты термохемолиза были также проанализированы с использованием газохромато-массспектрометрией.
Бурые угли месторождения Лом не представляют промышленной важности из-за их зольности, влажности и содержания серы, и невысокой теплотворной способности. Таблица 1 показывает суммарные результаты анализов, распределение серы в структурной форме и данные пиролиза оценки прочности. Микропетрографический состав пробы attrinite ground mass (выше 85% об., беззольная масса mmf), содержащая небольшое количество корпогуминита (менее 1% об., mmf), микроспоринит (1-1,5 % об., mmf), кутинит (1% об., mmf), флуоринит (6-7% об., mmf) и липтодетринит (7-8 % об., mmf). Содержание мацералов было использовано Zdravkov (2007) для вычисления показателей литотипов в болгарских углях Неогена. Мацеральные соотношения применяются для определения палеоусловий и базируются на предположении, что мацералы угля зависят от растений и окружающей среды и могут быть использованы для оценки характеристик палеоболота. Предполагаемые коэффициенты были определены Bechtel (2007). Поскольку микропетрографический состав бурых углей месторождения Лом сильно доминирует над attrinite , расчетное значение «tissue preservation index (TPI)» должно быть близко к нулю. Такое значение показывает преимущество травяной растительности или низкий уровень осаждения, сопровождающийся повышенной гумификацией и сильным разложением растительного материала в палеоболоте. Данные пиролиза оценки прочности определяет наземный источник пробы. На диаграмме проба описывается как Кероген III типа. Положение образца в HI/Tmax диаграмме соответствует незрелым углям и находится в соответствие со значением показателя отражения витринита (Ro 0.13%), измеренным Siskov (1997). Очень низкое значение Тmах (температуры максимальной потери массы) (табл.1) является типичным для распада биологических элементов, таких, как целлюлоза и/или лигнин, два основных элемента древесных и травяных тканей. Таблица 1 Выход экстракта битума (2,4%, среднее значение из двух экстракций) является относительно низким, но битум богат на информацию в отношении исходного источника и залегания. Экстракт был разделен на алифатические (20%), ароматические (22%) и полярные (54%) фракции, хотя газохромато-массспектрометрия обнаружила некоторые совпадения в алифатических и ароматических компонентах. Данные показали наличие н-алканов и терпеноидов (рис.2 и 3, табл.3). Н-алканы, хопаны и С27 D-кольцо моноароматические хопаны присутствовали в первой фракции, в то время, как алкан-2-оны, алканолы, полярные дитерпеноиды и не-хопановые тритерпеноиды были во второй. В то же время, некоторые де-А-тритерпеноиды и продукты ?-амирин-ароматизации присутствовали в обоих фракциях (табл.4)
Образец был очень беден ископаемыми палиноморфами и не представлял достаточно зерна для подсчета содержания пыльцы. Были распознаны следующие растения: Pinus diploxyon type, Pinus haploxyon type, Taxodiaceae, cf. Glyptostrobus, Cupressaceae, Cedrus и Tsugafrom голосеменные (рис.1). Содержание покрытосеменных было низким, представлено очень небольшим количеством типов, например: Quercus, Juglandaceae (Engelhardieae), Carpinus, Carpinus orientalis/Ostraya тип, и некоторые травы: Poaceae, Typha, Chenopodiaceae, Cyperaceae, Plantago и cf. Brassicaceae (рис.1 и 2). Кроме того, были обнаружены палиноморфы без пыльцы. Большинство были Zignemataceae зигоспоры Mougeotia и Zygnema и Ovoidites (тип Spirogira). Палиноморфы без пыльцы (вероятно, водоросли) принадлежали к типам 128 А и В и типу 303 (Geel, 1983,1989, Barthelmes, 2006) также, как индикаторы эфтрофных и мезотрофных открытых вод. Часто были грибковые споры (аскоспоры и конидии), части грибковых нитей грибницы и растительных тканей, трахеид и сосудистых растений и микроскопических частиц древесного угля (рис.2). Taxodiaceae и Glyptostrobus происходят от лесной растительности водно-болотных угодий, Poaceae, Typha, Cyperaceae и Plantago – от травяных водно-болотных угодий, Quercus, Engelhardieae, Carpinus, Carpinus orientalis/Ostraya типы от смешанных мезотрофных лесов. Хвойная (Pinus) пыльца – это результат перемещения на дальние расстояния с соседних гор. Popescu и другие (2006) предложили сосуществование лесных болот и водно-болотных травяных угодий в плиоценовых бурых углях части Лупоана (СЗ Румыния). Авторы заявили, что эти комплексы пыльцы имели сильное сходство с современной растительностью Южной Флориды и дельты Миссисиппи, где болотистые леса (с Taxodium distichum) и травяные болота являются основными компонентами водно-болотной растительности. Обилие зигоспор может быть показателем окружающих условий (Chmura, 2006), например, направления течения воды, глубина бассейна, солёность, кислотность и так далее. Зигоспоры Zygnema,Spirogyra и Mougeotia являются общими в неглубоких пресноводных бассейнах (перифитон) и болотных почвах, относящиеся к растениям, погруженным в воду и в бассейнах с рН=7. Zygnemataceae водоросли продуцируют споры при коньюгации (половое размножение). Половое размножение у этих водорослей, как считается, вызывают изменения в питательных веществах или уровне воды. Точное влияние градиентов концентрации питательных веществ и гидропериод распределения зигоспор не очень хорошо известны, но будущие исследования могли бы повысить диагностическую ценность этих спор в реконструкции палеоусловий (Chmura, 2006). Несмотря на скудные сведения о пыльце, мы можем сделать вывод, что углеобразование, вероятно, происходило в богатых кислородом условиях среди месторождений торфа. Наличие грибковых окаменелостей указывает на такую среду. Это предположение объясняется низким содержанием палиноморф, так как их оболочка чувствительна и легко может быть разрушена в богатой кислородом среде. Таким образом, наличие многочисленных разрушенных пыльцевых зерен также поддерживает предположение о присутствии палеоокислительных процессов в течение угленакопления. Иванов (2007) предположил аналогичные условия окружающей среды при накоплении бурых углей бассейна Бели Брег (Болгария), которые также показывают скудное содержание пыльцы. Низкое количество палиноморф ограничивает нас в подведении конкретных итогов о преобладании типов болотной растительности – травяной или лесной.
Табл.1 Массовые характеристики пробы лигнитов
Распределение н-алканов (рис.2) характеризуется сильным преобладанием нС29 (22% общего распределения н-алканов в м/з 85 хроматограмме и 4% от Т/С на рис.2). Сумма н-алканов меньше С20 низкая (11% от общего содержания н-алканов). Есть следы свободных изопреноидов пристана (изо С19) и фитана (изо С20). Следует отметить, что прист-1-ен и прист-2-ен – это основные соединения в первой фракции продуктов термохемолиза (см. выше). Происхождение изомеров прист-1-енов в угольных экстрактах дало основания полагать, что свободные изопреноиды были, в основном, в «связанной» форме и их было сложно выделить при экстракции угля Сокслета. Пристан обычно находится в угольных экстрактах, которые, как полагают, получают путем окисления и реакции декарбоксилирования фитола, продуктов гидролиза хлорофилла. Другой потенциальный предшественник свободных изопреноидов – это ?-токоферрол (рис.3). Он широко распространен в растениях и часто регистрируется в экстрактах и пиролизатах Болгарских Неогеновых углей. (Stefanova, 2007). Индекс преобладания углерода (CPI) был рассчитан от н-С24 – н-С34 гомологов. CPI величина 3.15 подтверждает доминирование нечетных чисел высших гомологов и типична для углей низкометаморфизованных с вкладом эпикутикулярных восков высших растений, спор, пыльцы и так далее.
Гомологический ряд длинных цепей ациклических н-алкан-2-онов присутствовал во второй фракции (табл.2). Распределение длинных цепей н-алканов и н-алкан-2-онов, то есть н-С24 к С33 похожи. Оба ряда максимальны в н-С29/нС31 и доминируют нечетные гомологи. Это сходство указывает на общее происхождение. Насыщенные н-алкан-2-оны с незначительным количеством н-алкан-3-онов и н-алкан-4-онов в изобилие присутствуют в гомологических образцах. Их возможное общее происхождение и источники происхождений предполагаются таким образом: а). эпикутикулярные воски растений-торфообразователей; б). микробное окисление н-алканов; в). ?-окисление и декарбоксилирование жирных кислот; г). микробная деградация из длинной цепочки н-алкан-2-онов. Поскольку более короткоцепные гомологи отсутствуют в глиняных и макрокомпонентных экстрактах, последнее предположение невозможно. Ещё одна возможность – гидратация алкенов с последующим окислением. Близкое сходство в распределении позволяет нам предположить микробное усредненное ?-окисление н-алканов в качестве возможного присхождения н-алкан-2-онов.
Были обнаружены длинные цепи четного числа н-алканолов от С24 до С28 (Смакс. в С26) (табл.2, рис.3). Можно предполагать, что алифатические липиды в экстракте произошли от эпикутикулярных восков листьев высших растений.
Стигмастан-3-он был единственным стероидным компонентом в экстракте (табл.3 и 4). С28 и С29 стероиды находятся в изобилии в растительном мире и отражают вклад детритов высших растений (Huang и Meinschein, 1976).
Рисунок 2. TIC след нейтральной битуминозной фракции
Рисунок 3. TIC след битуминозной фракции
Таблица 2 – Алифатические компоненты экстракта битума
Перилен был единственным сконденсированным ПАУ в образце. Он распространен в молодых осадочных породах, но его проихсождение остается неразгаданным. Он уже давно признан в качестве маркера диагенеза /биогенеза на основании того, что он не соответствует характеру распределения полученных в результате окисления ПАУ. Ранее перилен был определен что перилен в угольных экстрактах и ископаемых остатках древесины. Он имеет неясное происхождение и были предложены как наземное, так и автохтонное морское происхождение. Он не считается специфическим маркером, хотя грибы были предложены в качестве основного биологического источника (Jiang, 1998).
Тритерпеноиды в окаменелостях делятся на две группы – хопаноиды и нехопаноиды. Распределение нехопаноидов – это источник, связанный с тем, что хопаны имеют тенденцию отражать окислительный потенциал среды в условиях диагенеза. Хопаны, в основном, произошли от бактерий, но некоторые хопаноиды до С30 могли также произойти частично и от низших растений, также, как мхи, папоротники и лишайники (Qurisson и др., 1987). Значение хопаноидов в болгарских углях Неогена обсуждалось (Stefanova и др., 2005, Bechtel и др., 2005). Хроматограмма позволила визуализировать хопены 22,29,30-триснор-хоп-17(21)-ен, Н27:1, М+.268 и М+.396 (табл.3). Особенность распределения хопанов было чрезвычайно высоко относительно D-кольца моноароматического хопана Х, доминирующего на рис.2 (Greiner и др., 1976) , и первый доложил о присутствие серии пентациклических соединений с различной степенью ароматизации (1-4 кольца) в Мессельском нефтяном пласте Эоценового периода (Германия). Они объяснили, что ароматизация началась в кольце D и прогрессивно (постепенно) распространяется к кольцу А. Гипотеза была доказана путем сравнения исходных синтезированных соединений. Только хопаноид во второй фракции был С27 хопанон, 17?(Н)-триснорхопан-21-он (ХI). Тритерпеноиды, производные от лупановых, урсановых и олеанановых скелетов, которые являются маркерами покрытосеменных. Самые многочисленные тритерпеноиды высших растений в экстракте битума – олеанан-производные, такие, как бета-амирон ХVI 15rel.% (табл.3). Следует отметить, что присутствие функциональности в С-3 в тритерпеноидах (спирты, кетоны) делает их более чувствительными, чем хопаноиды, к микробиологическому или фотохимическому разрушению, что ведет, в частности, к дес-А-тритерпеноидам. Тритерпеноиды и дес-А-тритерпеноиды серии олеанан/лупан приведены в табл.3. Единственной структурой лупана является дес-А-лупан IV. Предполагалось, что лупан-производные присутствовали в небольшом количестве палеорастительности по сравнению с бета-амироном (олеанан-типа) биотерпеноидами. Таблица 3 Проблема с олеананами как с источником маркеров в наземных системах – это главная роль функциональных тритерпеноидов высших растений, это не уменьшение, а частичная или полная ароматизация. Было показано, что прогрессивная ароматизация начинается очень скоро после залегания из-за микробного вмешательства (Lohmann и др., 1989, Murray и др., 1997). Отсутствие тритерпеноидной ароматизации конечных продуктов нашего экстракта показывает, что процесс не завершен. Были предложены в исследовании олеананов в нефти и отложениях несколько путей трансформации С-3 функциональных предшественников (то есть ?-амиронов). Некоторые из них применимы для объяснения нашего набора соединений: I Прогрессивная ароматизация и деметилирование с сохранением пентациклического скелета (соединения VII, VIII, IХ). Следует отметить, что 24,25-диноролеана-1,3,5(10),12-тетраен (VII) был вторым значительным пиком в первой фракции (8%, рис.2 и табл.3). II Разрыв кольца А и образование дес-А-олеананов (дес-А-олеан-12-ен I и продуктов последующей ароматизации и теметилирования; V и VI). Дес-А-тритерпеноиды образовались путем микробного или фотохимического процессов предшественников тритерпеноидов (Lohmann и др., 1989, Stout,1992, Woolhouse и др., 1992). Таблица 4 Очень маленький вклад злаков (Poaceae) в бурые угли месторождения Лом был обнаружен в олеан-12-ен-3-ол метиловом эфире (бета-амирин-метиловый эфир, ХVIII). Jacob и др. (2005) использовали метиловые эфиры пентациклических тритерпанов для палеоэкологических и фитохимических исследований озерных отложений. Предполагалось, что эти соединения играют важную роль в предотвращении функционализированных тритерпеноидов высших растений от ранних разрушительных процессов и улучшения их сохранности. Это может быть одним из возможных объяснений сопротивления структуры олеанана по сравнению с лупаном, урсаном, бауераном, тараксераном и фриделаном. Кроме того, могут быть обнаружены неизвестные соединения с М+.438 и м/з 203, м/з 218 (табл.3), которые, вероятно, связаны с тритерпеноидами высших растений. Рис 4
Рисунок 4 – Распределение жирных кислот, определенное с помощью термохимолиза
Продуктом подготовки офф-лайн термохемолиза являлась 6.7% сухая беззольная масса. Используя SiO2 хроматографической колонки и TLC, продукты термохемолиза были фракционированы на: углеводороды (3.3 мг/г пробы, подвергаемой термохемолизу); метиловые эфиры жирных кислот (FAMEs, 15.2 мг/г); фенолы (катехолы и лигниновые остатки (10.3 мг/г) и полярные соединения (7.7 мг/г). Около 4% образца было характеризовано путем использования хроматографических и спектральных методов. Первая фракция продукта термохемолиза состояла из алкенов/алканов (нС16-нС30) со значительным преобладанием предельных (свободных) изопреноидов прист-1-ен и, в меньшем количестве, прист-2-ен. CPI был близок к единице. Распределение дало указание на наличие устойчивых алифатических биополимеров в бурых углях, таких, как кутина, суберина. Не было никаких признаков наличия хопаноидов или стероидов. Вторая фракция состояла из фенолов, их алкилированных гомологов, катехолов, длинных цепей спиртов, С18 изопреноидных кетонов (6,10,14-триметилпентадекан-2-он) и серии FAMEs. Распределение жирных кислот в виде метиловых эфиров, то есть н-монокарбоксильных (н жирных кислот), дикарбоксильных (альфа,омега-дижирные кислоты) и метиловых эфиров гидроксикарбоксильных кислот (альфа-ОН-жирные кислоты) указаны на рис.4. Распределение н-спиртов можно увидеть с использованием м/з 111 масс-спектрограмм (рис.4). н-С26 гомологи незначительно доминировали. Существует сходство в этом распределении, что свободные спирты (рис.3) так же происходят от восков листьев растений, возможно, через гидролиз эфиров. В угольных экстрактах, Niwa и др., (1988) идентифицировали н-жирные кислоты (нС24-нС34) и восковые эфиры (С49-С69), максимальное содержание при С24-С28 для алкильных групп и С26-С28 для ацильных групп. Они доказали, что эфиры более многочисленны в лигнитах на стадии созревания и постепенно исчезли с углефикацией. Это наблюдение совпадает с нашими результатами для распределения спиртов и жирных кислот и вызывает вклад эпикутикулярных листовых восков. Изопреноид С18 кетон, должно быть, произошел вследствие микробной деградации фитола и часто присутствует среди экстракционных пиролитических продуктов ископаемых материалов (Deport и др.,2006). FAMEs были основной алифатической продукцией термохемолиза. Они, как считается, происходят от переэтерификации эфиров. Чтобы различать естественные FAMEs и продукты переэтерификации, был проведен дополнительный эксперимент с ТЕААс. В таких условиях, что эфиры избежали гидролиза, потому что ацетат является слишком слабой основой для расщепления эфирных связей и реагирует только со свободными карбоксильными группами (Grasset и др.,2002), продуцируя этиловые эфиры жирных кислот (FAЕEs). Использование хроматомассспектрограмм м/з 74 для FAMEs и м/з 88 для FAЕEs, были сравнены распределения свободных естественных метиловых эфиров и продуктов эфирного гидролиза. Для обеих FAME и FAЕE серий не было существенных различий в распределении профилей, которые были бимодальными. В обоих случаях цепи, которые короче, были представлены повсеместными нС14, нС16, нС18, кислотами и и-и аи-С15 кислотами в качестве индикаторов бактериальной активности. Длиннее FAS преобладали С26 гомологи (рис.4). Сходство в FAME и FAEE распределения образцов – ключ к вероятно аналогичному происхождению «пойманных» и связанных FAS. В продуктах термохемолиза серии бифукциональных алифатических соединений были также обнаружены (рис.4): I альфа-метоксиметиловые эфиры (альфа-ОСН3-FAMEs) в диапазоне С22-С27, максимально на С24 с низким нечетным/четным доминированием. Возможные биологические и/или небиологические альфа-окисления FAS, как ожидается, даст длинную цепь альфа-ОН-FAS, в естественной среде (Volkman и др.,1998). II четные альфа,омега-дикислоты метиловых эфиров в диапазоне С22-С28 с плавным распределением. Ароматические соединения, структурно связанные с лигнином, были главными ароматическими компонентами в продуктах термохемолиза. Согласно Hatcher и Clifford (1997), современный взгляд на торфообразование (углеобразование) предполагает расщепление ?-О-4 цепей в лигнине и последующее реалкилирование ароматического кольца. После этого деметилирование метоксифункциональных цепей участвует в образовании катехол-подобных структур. Рис 5 Третья фракция продуктов термохемолиза (рис.5) полностью состояла из ароматических соединений, связанных лигнином. Все пики на пирограммах были подписаны , но только те, которые обсуждались в тексте, были идентифицированы (рис.5). Hedges и Mann (1979) разделили различные альдегидные, кетонные и кислые фенольные соединения, образующиеся при окислении геологических образцов на три основные группы – в зависимости от заместителей ароматических ядер, унаследованных от лигнина. Таким образом, общие сосудистые источники растений могут быть признаны в палеоокружающей среде. Концентрации ваниллиловых,сирингиловых и циннамиловых фенольных единиц были связаны с сортами растений, концентрации лигнина, типа ткани и степени трансформации во время осаждения. Данные по составу регионов были отражены на С/V против S/V диаграмм (Meyers, 1997): голосеменные растения (не цветущие растения, включая хвойные), недревесные голосеменные ткани, покрытосеменные (цветущие растения, включая лиственные породы деревьев) и недревесные покрытосеменные (травы и так далее). Рис 6 Низкие значения для S/V и С/V соотношений были получены для продуктов термохемолиза (С/V 0.06, S/V 0.36). В С/V против S/V диаграмме указаны недревесные покрытосеменные растения в качестве доминирующего вклада растений в палеоболото, вероятно, произошедшие из болот с травяной наземной растительностью или пастбищных источников (рис.6). С/V соотношение – полезный параметр для отражения конкуренции между древесными и недревесными сосудистыми растениями с феррулиновой и н-кумариновой кислотами встречаются только в недревесных типах растительного материала. Результаты термохемолиза бурых углей месторождения Лом отличаются от всех остальных болгарских Неогеновых лигнитов. Высокое доминирование гваяциловых структур (голосеменных) и полное отсутствие сирингиловых единиц (покрытосеменные) наблюдалось в продуктах термохемолиза в бурых углях Марицы Восточной и Чукурово (Средний Миоцен), скромное участие Poaceae было также продемонстрировано низким содержанием кумариловых структур, в то время, как вклад растительности недревесных покрытосеменных для бурых углей был заметным.
Палеоботаническое изучение ископаемой флоры и растительности площади центральных Балкан показывает, что во время Плиоцена имели место многие важные преобразования, как из таксонометрической, так и экологической точки зрения. Значительные изменения в эволюции растительности, а именно была описана постепенная смена ранних вечнозеленых и полувечнозеленых лиственных растений. Глубокие изменения произошли в течение позднего Миоцена и Плиоцена (Дако-Румынский период), связанные с исчезновением и сильным снижением разнообразия дубово- вечнозеленых лесов, снижение макротермальных (субтропических) цветочных элементов и одновременное увеличение роли arctotertiary видов в растительных семействах, которые стали доминирующими в мезофильных лесах (термин arctotertiary используется для растений, которые росли в Арктике в течение Палеогена в условиях умеренного и умеренно-теплого климата, и, соответственно, произрастают сегодня в умеренной зоне). Таким образом, увеличение этих таксонов указывает на изменения климата в сторону похолодания и переход от субтропического климата к умеренно-теплым климатическим условиям. В конце Миоцена и в течение Плиоцена увеличение трав и степной растительности было зарегистрировано в восточной части Средиземного моря и Черного моря, которая интерпретируется как реакция растительности на глобальное и региональное похолодание (Popescu, 2006). Одновременно с изменениями в мезофильных лесах и участия степных семейств как составного элемента ландшафтной растительности, имели место изменения в болоте и болотной растительности. Обычно болотная растительность считается более чувствительной к локальным изменениям окружающей среды, например, водоснабжение, продолжительность осадков, продолжительность периода затопления, сезонность и так далее. Однако, глобальные изменения климата определили общую тенденцию в структуре флоры и состав этих семейств. Например, на территории центрального Parathetys была признана постепенная замена хвойных, преимущественно болотных, на древесные покрытосеменные в течение Среднего и Позднего Миоцена. Видимо, во время Плиоцена (Дако-Румынского), тенденция продолжалась с травяными растениями, как с главными компонентами болот. Малое количество палиноморф ограничивает снас в составлении такого вывода, который бы базировался только на палиноморфологических данных, но данные геохимических анализов основательно поддержали вывод, что уголь был образован в условиях с преобладанием травяной растительности, смешанной с древесными растениями в дельтовых/озерных условиях.
Вклад палеорастительности в органическое вещество угля предлагается оценить изотношения содержания биомаркеров, то есть тритерпеноидов как индикаторов для покрытосеменных и дитерпеноидов, как хвойных маркеров (Bechtel и др.,2002, Haberer и др., 2006). Поскольку хвойных маркеров небольшое количество (полярных дитерпеноидов <1%) в экстракте битума, мы предположим, что голосеменные внесли незначительный вклад в растительность палеоболота, было предложено преобладание покрытосеменных, богатых травяной растительностью в течение образования бурых углей месторождения Лом. Данные по содержанию пыльцы подтвердили наличие травянистых болотных растений, которые способствовали накоплению торфа в болоте. Использование олеананов для хемотаксонометрических углей было неудачным, потому что большинство растений в значительном избытке содержат альфа,бета-амирины. Экстракт битума дал однозначную информацию относительно вклада покрытосеменных в болото, в то время, как результаты термохемолиза признали сопутствующий вклад голосеменных. Сборки биомаркеров делают лигниты месторождения Лом уникальными в Болгарии, ископаемые растительные таксоны всех других лигнитов Неогена, то есть Марица Восточная и Чукурово (Средний Миоцен) или Эльхово и Балша (Поздний Миоцен) с сильным преобладанием хвойной растительности, и лишь следы вклада покрытосеменных. Сборка биомаркеров и продукты термохемолиза отражают радикальные изменения в торфообразующей растительности в течение Дако-Румынского этапа Parathetys. Наше исследование может рассматриваться как предоставление геохимических свидетельств предполагаемых изменений в палеорастительности на северо-западе Болгарии.