Теорії виникнення нафти

Про вугілля, ви, напевно, вже знаєте. Точка зору з цього приводу досить усталена: він утворився (і продовжує утворюватися) із залишків буйною вічнозеленої рослинності, що вкривала колись всю планету, включаючи навіть нинішні райони вічної мерзлоти, і занесеної зверху звичайними гірськими породами, під впливом тиску надр і при нестачі кисню.

Логічно припустити, що і нафта була виготовлена за аналогічним рецептом на тій же кухні природи. До 19 століття суперечки, в основному, зводилося до питання, що послужило вихідним матеріалом, сировиною для утворення нафти: залишки рослин або тварин?

Німецькі вчені Г. Гетер, і К. Енглер в 1888 році поставили досліди по перегоні риб'ячого жиру при температурі 400 С і тиску близько 1 МПа. Їм вдалося отримати і граничні вуглеводні, і парафін, і мастила, до складу яких входили алкени, нафти і арени.

Пізніше, в 1919 році, академік М. Д. Зелінський провів подібний досвід, але вихідним матеріалом послужив органічний мул рослинного походження - сапропель - з озера Балшах. При його переробці вдалося отримати бензин, гас, важкі масла, а також метан ...

Так досвідченим шляхом була доведена теорія органічного походження нафти. Які ж тут можуть бути ще складності? ...

Але з іншого боку, в 1866 році французький хімік М. Бертло висловив припущення, що нафта утворилася в надрах Землі з мінеральних речовин. У підтвердження своєї теорії він провів кілька експериментів, штучно синтезувавши вуглеводні з неорганічних речовин.

Десять років по тому, 15 жовтня 1876 року, на засіданні Російського хімічного товариства виступив з грунтовною доповіддю Д. І. Менделєєв. Він виклав свою гіпотезу освіти нафти. Учений вважав, що під час горотворних процесів по тріщинах-розламах, розсікати земну кору, всередину надходить вода. Просочуючись в надра, вона врешті-решт зустрічається з карбідами заліза, під впливом оточуючих температур і тиску вступає з ними в реакцію, в результаті якої утворюються оксиди заліза і вуглеводні, наприклад етан. Отримані речовини за тими ж розламах піднімаються у верхні шари земної кори і насичують пористі породи. Так утворюються газові і нафтові родовища.

В своїх міркуваннях Менделєєв посилається на досліди з отримання водню і ненасичених вуглеводнів шляхом впливу сірчаної кислоти на чавун, що містить достатню кількість вуглецю.

Правда, ідеї «чистого хіміка» Менделєєва спочатку не мали успіху у геологів, які вважали, що досліди, проведені в лабораторії, значно відрізняються від процесів, що відбуваються в природі.

Однак несподівано карбідним або, як її ще називають, а біогенна теорія про походження нафти отримала нові докази - від астрофізиків. Дослідження спектрів небесних тіл показали, що в атмосфері Юпітера та інших великих планет, а також у газових оболонках комет зустрічаються з'єднання вуглецю з воднем. Ну, а раз вуглеводні широко поширені в космосі, означає в природі все ж йдуть і процеси синтезу органічних речовин з неорганіки. Але ж саме на цьому і побудована теорія Менделєєва.

Отже, на сьогоднішній день в наявності дві точки зору на природу походження нафти. Одна - біогенна. Відповідно до неї, нафта утворилася із залишків тварин або рослин. Друга теорія - абіогенним. Детально розробив її Д. І. Менделєєв, який припустив, що нафта в природі може синтезуватися з неорганічних з'єднань.

І хоча більшість геологів дотримується все-таки біогенної теорії, відгомони цих суперечок не затихли і до цього дня. Надто вже велика ціна істини в даному випадку. Якщо праві прихильники біогенної теорії, має сенс і побоювання, що запаси нафти, що виникли давним-давно, незабаром можуть підійти до кінця. Якщо ж правда на стороні їх опонентів, то ймовірно, ці побоювання марні. Адже землетруси і зараз приводять до утворення розломів земної кори, води на планеті достатньо, ядро її, за деякими даними, складається з чистого заліза ... Словом, все це дозволяє сподіватися, що нафта утворюється в надрах і сьогодні, а значить, нема чого побоюватися, що завтра вона може скінчитися.

Давайте подивимося, які доводи наводять на захист своїх точок зору прихильники однієї і інший гіпотез.

Але перш за кілька слів про будову Землі. Це допоможе нам швидше розібратися в логічних побудовах вчених. Спрощено кажучи, Земля являє собою три сфери, розташовані всередині один одного. Верхня оболонка - це тверда земна кора. Глибше розташована мантія. І нарешті, в самому центрі - ядро. Таке розділення речовини, що почалося 4,5 мільярда років тому, триває й цього дня. Між корою, мантією ядром здійснюється інтенсивний тепло-та массообмен, з усіма наслідками, що випливають звідси геологічними наслідками -- землетрусами, виверження вулканів, переміщеннями материків ...

Парад неорганіка

Перші спроби пояснити походження нафти відноситься ще до часів античності. Збереглося, наприклад, вислів давньогрецького вченого Страбона, що жив близько 2000 років тому: «В області аполлонійцев є місце під назвою Німфей, - писав він, - це скеля, що викидає вогонь, а під нею течуть джерела теплої води і асфальту, ймовірно, від згоряння асфальтових брил під землею ...».

Страбон об'єднав в ціле два факти: виверження вулканів та освіта асфальтів (так він називав нафту). І. .. помилився! У згаданих ним місцях немає діючих вулканів. Не було їх і двадцять століть тому. Те, що Страбон прийняв за виверження, насправді - викиди, прориви підземних вод (так звані грязьові вулкани), що супроводжують виходи нафти і газу на поверхню. І в наші дні подібні явища можна спостерігати на Апшероне і Таманському півострові.

Втім, не дивлячись на помилку, в міркуваннях Страбона було здорове зерно - його тлумачення походження нафти мало під собою матеріалістичну грунт. Ця лінія перервалася надовго. Лише в 1805 році, грунтуючись на власних спостереженнях, зроблених у Венесуелі, на описах виверження Везувію, відомий німецький натураліст А. Гумбольд знову повертається до матеріалістичної точці зору. «... Ми не можемо сумніватися в тому, - пише він, - що нафта являє продукт перегонки на величезних глибинах і відбувається з примітивних гірських порід, під якими спочиває енергія всіх вулканічних явищ. »

Неорганічна теорія походження нафти викристалізовувалася поступово, і до того моменту, коли Менделєєв висунув свою теорію карбідного походження нафти, неорганіки накопичили достатню кількість фактів і міркувань. І наступні роки додавали в їх скарбничку нові відомості.

В 1877-1878 роках французькі вчені, впливаючи соляною кислотою на дзеркальний чавун і водяними парами на залізо при білому Каленик, отримали водень і значна кількість вуглеводнів, які навіть за запахом нагадували нафту.

Крім вулканічної гіпотези у прихильників абіогенного походження нафти є ще й космічна. Геолог В. Д. Соколов у 1889 році висловив припущення, що в той далекий період, коли вся наша планета ще являла собою газовий згусток, у складі цього газу були присутні і вуглеводні. У міру охолодження розжареного газу і переходу його в рідку фазу, вуглеводні поступово розчинялися в рідкій магмі. Коли ж з рідкої магми стала утворюватися тверда земна кора, вона, згідно із законами фізики, вже не могла втримати в собі вуглеводні. Вони стали виділятися по тріщинах в земній корі, піднімалися в верхні її шари, Згущаючи і утворюючи тут скупчення нафти і газу.

Вже в наш час обидві гіпотези - вулканічна і космічна - були об'єднані в єдине ціле новосибірським дослідником В. Сальникова. Він використовував припущення, що планетки, що мала в своєму складі велику кількість вуглеводнів, перебуваючи на надто низькій орбіті, поступово гальмувалася про верхні шари атмосфери і, зрештою, впала на Землю, як це відбувається з штучними супутниками. Різкий поштовх активізував вулканічну і горотворних діяльність. Мільярди тонн вулканічного попелу, найпотужніші грязьові потоки завалили принесені з космосу вуглеводні, поховали їх у глибоких надрах, де під дією високих температур і тисків вони перетворилися на нафту і газ.

В Як обгрунтування своїх висновків Сальников вказує на незвичайне розташування родовищ нафти і газу. Поєднавши між собою великі зони виявлених родовищ, він отримав систему паралельних синусоїдальних ліній, яка, на його думку, дуже нагадує проекції траєкторій штучних супутників Землі.

Розповідь про неорганічних гіпотези не можна буде вважати повним, якщо не згадати відомого геолога-нефтніка Н. А. Кудрявцева. У 50-і роки він зібрав і узагальнив величезний геологічний матеріал по нафтових і газових родовищ світу.

Перш всього Кудрявцев звернув увагу на те, що багато родовищ нафти і газу виявляються під зонами глибинних розломів земної кори. Сама по собі така думка не була новою: на цю обставину звернув ще Д. І. Менделєєв. Але Кудрявцев набагато розширив географію застосування таких висновків, глибше обгрунтував їх.

Наприклад, на півночі Сибіру, в районі так званого Мархінінского валу, дуже часто зустрічаються виходи нафти на поверхню. На глибину до двох кілометрів все гірські породи буквально просочені нафтою. У той же час, як показав аналіз, кількість вуглецю, що утворився одночасно з породою надзвичайно невелика - 0,02-0,4%. Але в міру віддалення від валу кількість порід, багатих органічними сполуками, зростає, а от кількість нафти різко зменшується.

На підставі цих та інших даних Кудрявцев стверджує, що нафтогазоносність Мархінінского валу швидше за все пов'язаний не з органічною речовиною, а з глибинним розломом, який і постачає нафту з надр планети.

Подібні ж освіти є в інших регіонах світу. Скажімо, в штаті Вайомінг (США) жителі здавна опалюють будинки шматками асфальту, який вони беруть у тріщинах гірських місто сусідніх Мідних гір. Але самі по собі граніти, з яких складаються ті гори, не можуть накопичувати нафту і газ. Ці корисні копалини можуть вступити тільки з земних глибин по утворилися тріщини.

Більше того, знайдені сліди нафти в кімберлітових трубках - тих самих, у яких природа здійснила синтез алмазів. Такі канали вибухового розлому земної кори, що утворилися в результаті прориву глибинних газів і магми, можуть виявитися цілком підходящим місцем і для утворення нафти і газу.

Узагальнивши ці і безліч інших фактів, Кудрявцев створив свою магматичну гіпотезу походження нафти. У мантії Землі під тиском і при високій температурі з вуглецю і водню спочатку утворюються спочатку вуглеводневі радикали СН, СН2 і СН3. Вони рухаються в речовині мантії від області високого до області низького тиску. А так як в зоні розломів перепад тиску особливо відчутне, вуглецю і направляються в першу чергу саме сюди. Піднімаючись в шари земної кори, вуглеводні в менш нагрітих зонах реагують один з одним і з воднем, утворюючи нафту. Потім утворилася рідина може переміщатися як вертикально, так і горизонтально по наявних в породі тріщин, накопичуючись в пастки.

Виходячи з теоретичних уявлень, Кудрявцев радив шукати нафту не тільки в верхніх шарах, але і глибше. Цей прогноз блискуче підтверджується, і глибина буріння з кожним років зростає.

В середині 60-х років вдалося відповісти на таке важливе питання: «Чому настільки «Ніжні» вуглеводневі сполуки, з яких складається нафта, не розпадаються в надрах Землі на хімічні елементи при високій температурі? »Справді, таке розкладання цілком можна спостерігати навіть в шкільній лабораторії. На подібних реакціях грунтується деструктивна переробка нафти. Виявилося, що в природі справа йде якраз навпаки - з простих сполук утворюються складні ... Математичним моделюванням хімічних реакцій доведено, що подібний синтез цілком допустимо, якщо до високих температур ми додамо ще й високі тиски. Те й інше, як відомо, у надлишку є в земних надрах.

В вченій суперечці про виникнення нафти інша сторона - це адепти біогенної теорії.

біогенної теорії дотримувалися багато серйозних вітчизняні та зарубіжні вчені. Академік В. І. Вернадський, основоположник сучасної геохімії нафти, ще в початку століття писав: «Організми, безсумнівно, є вихідним речовиною нафт».

Академік І. М. Губкін у своїй книзі "Вчення про нафту», яка вперше побачила світ у 1932 році, найбільш докладно і повно підвів науковий підсумок тодішньої історії нафтового і газового справи.

В Як вихідний речовини для утворення нафти Губкін розглядав уже знайомий нам сапропель - бітумінозний ил рослинно-тваринного походження. У прибережній смузі моря, де життя особливо активна, відбувається порівняно швидке накопичення цих органічних залишків. Через якийсь час вони перекриваються більш молодими відкладеннями, які оберігають їх від окислення. Подальші процеси йдуть вже без доступу кисню під впливом анаеробних бактерій.

За мірі занурення шару, збагаченого органічними залишками, під впливом подальшого наносу і тектонічних переміщень в глибину, в ньому зростають температури і тиску. Ці процеси, які згодом одержали назву катагенеза, і приводять зрештою до перетворення органіки в нафту.

Погляди Губкіна на освіту нафти лежать в основі сучасної гіпотези її органічного походження. У наш час багато її положень розширені і доповнені. Так, скажімо, тривалий час вважалося, що первісне нагромадження органічної речовини обов'язково має йти в океані. Але, мабуть, нафта може формуватися і в континентальній обстановці, адже в болотах, озерах, річках досить органічної речовини.

Детально розглянутий і сам процес формування нафтових родовищ. Виділяють п'ять основних стадій опадонакопичення і перетворення органічних залишків у нафту.

Перша стадія: в осад, що утворюється в море або в прісному водоймі, вносяться органічні речовини з невеликою кількістю вуглеводневої нафтового ряду, синтезованих живими організмами.

Друга стадія: накопичений на дні осад перетворюється, ущільнюється, частково зневоднюється. При цьому частина речовини розкладається з виділенням діоксиду вуглецю, сірководню, аміаку й метану. Словом, виходить картина, частенько що спостерігається на болотах.

Третя стадія: біохімічні процеси поступово згасають. Порівняно невелика температура земних надр на даній глибині (близько 50 С) визначає низьку швидкість реакцій. Концентрація бітумів і нафтових вуглеводнів зростає слабо, в складі газових компонентів переважає діоксид вуглецю.

Четверта стадія: осад занурюється на глибину 3-4 кілометрів, що оточують температури зростають до 150 С. Відбувається отгонкой нафтових вуглеводнів з розсіяного органічної речовини в пласт. Потрапивши в проникні породи-колектори, нафта починає нове життя, утворює промислові поклади.

І нарешті, п'ята стадія: на глибині 4,5 кілометра і більше при температурах понад 180 С органічна речовина припиняє виділення нафти і продовжує генерувати лише газ.

Крім температури і тиску в природних процесах бере участь і електрику. Член-кореспондент АН СРСР А. А. Воробйов висунув припущення, що в розвитку нашої планети чималу роль грали саме електричні процеси. На його думку, гірські породи володіють набагато більшими діелектричні властивості, ніж атмосфера. А якщо так, то грози можуть бушувати не тільки над, але і під землею.

В внаслідок сильних електричних розрядів виникають частинки плазми, які володіють високою хімічною активністю. Ця обставина, у свою чергу, створює передумови для протікання таких реакцій, які неможливі при звичайних умовах. На думку Воробйова, метан, що виділяється з органічних сполук, при дії підземного електричного розряду може піддатися часткового дегідрірованію, утворюються вільні вуглеводневі радикали СН, СН2, і СН3. З'єднуючись між зі?? ой, вони утворюють ацетилен, етилен та інші вуглеводні, що входять до складу нафти.

Одним з основних механізмів електризації гірських порід, згідно з міркувань Воробйова, є тертя в місці контакту гірських порід при взаємному переміщенні під час тектонічних процесів. Таким чином, процеси тріщиноутворення в земній корі можуть сприяти перетворенню механічної енергії в електричну.

І уявіть собі, ці досить несподівані міркування знайшли підтвердження у геологічної практиці. Ще в 1933 році було відзначено, що форми хмар в зонах розломів земної кори різко відрізняються від хмар в тих місцях, де тріщин немає. Сучасні геофізичні прилади вказують, що в приземному шарі повітря над зонами розломів земної кори збільшена електропровідність.

Є і ще одна цікава гіпотеза. Відповідно до неї, нафта утворюється також з органічних залишків, затягнуті разом з океанічними опадами в зону, де відбувався подвиг океанічної плити під континентальну. Говорячи іншими словами, існують тектонічні процеси, які дозволяють органічним речовин виявитися на дуже великих глибинах. При цьому механізм затягування опадів у зону подвигу жорстких плит аналогічний механізму попадання рідких мастил в зазори між труться жорсткими деталями в різних технічних пристроях і машинах.

Ну а далі що утворилася нафту може піддаватися різним впливам. Наприклад, під вагою літосферних виступу, наповзаюча з материка плити вуглеводні можуть бути «вичавлені» з осадових порід і активно мігрувати в бік Недовго. Цим ефектом «гарячого праски» може бути пояснено формування великих покладів нафти на порівняно невеликій площі, як у районі Перської затоки.

В результаті затягування органічних речовин в мантію, їх подальшою переробки і викиду утворилися вуглеводнів геотермальними водами в верхні шари земної кори їх виявляють у вулканічних газах під час вивержень.

Така теорія, що враховує глобальну тектоніку плит земної кори, виявилася вельми продуктивної і з практичної точки зору. У США, наприклад, ведеться буріння в так званих поднаддвігових зонах Скелястих гір. І тут були виявлені як нафтові, так і газові родовища. Але ж за старими, класичним мірками, їх тут не повинно було бути.

В 1980 році в штаті Вайомінг Пошукова свердловина на глибині 1888 метрів увійшла до докембрійський фундамент, складений з граніту. Потім в скельних породах геонефтеразведчікі пройшли ще 2700 метрів і виявили осадові відкладення крейдового періоду. Незрозумілі, здавалося б, чергування порід різного геологічного віку пояснювалося дуже просто: на осадові породи в своє час була насунута плита граніту.

Буріння було продовжено, і на глибинах 5,5 кілометрів розвідники виявили промислові поклади газу. До теперішнього часу в Скелястих горах ведеться промислова розробка, а прогнозні запаси оцінюються в 2,8 мільярда тонн умовного палива. Це унікальне родовище.

Кругообіг вуглецю в природі

Отже, як бачите, обидві точки зору досить продуктивні, обидві спираються не тільки на логічні висновки, але і на реальні факти. Що ж, треба сперечатися далі? Навряд чи ... Цікаву точку зору з цього приводу висловив відомий геолог В. П. Гаврилов.

«Суперечка можна дозволити, - пише він, - якщо простежити кругообіг вуглецю в природі. Одним з перших, хто зробив успішну спробу представити глобальний процес кругообігу вуглецю в природі, був В. І. Вернадський. Він вважав, що вуглець і його сполуки, які беруть участь у будові нафти, газу, кам'яного вугілля і інших порід, є частиною глобальної геохімічної системи кругообігу в земній корі .... »

Що ж, давайте простежимо шлях, який проробляють вуглець та його сполуки в природі.

Найбільш поширеним з таких сполук є діоксид вуглецю. Маса цього речовини в атмосфері оцінюється астрономічної цифрою 400 000 000 000 тонн! У процесі вивітрювання і фотосинтезу щорічно з атмосфери поглинається більше 800 000 000 СО2. Якщо б не було механізму кругообігу, то за кілька тисяч років вуглець повністю зник би з атмосфери, виявився «похованим» у гірських породах. За сучасними оцінками, маса діоксиду вуглецю, «захованого» в гірських породах, приблизно в 500 разів перевищує його запаси в атмосфері.

Ще одним переносником вуглецю є метан. Його в атмосфері теж не мало -- близько 5 000 000 000 тонн. Однак з атмосфери відбувається витік метану в стратосферу і далі в космічний простір. Крім того, метан витрачається й в результаті фотохімічних реакцій. Тривалість існування молекули метану в атмосфері в середньому становить 5 років.

Отже, що б поповнити його запаси, в атмосферу щорічно має надходити близько 1 000 000 000 тонн метану з підземних запасів. І він, дійсно, надходить у вигляді метанового випаровування або, як казав Вернадський, «газового дихання Землі».

Якщо обмежитися традиційними рамками вуглецевого циклу, то весь резерв земної атмосфери, океану та біомаси вичерпався б в досить короткий термін - за 50-100 тисяч років. Однак цього не відбувається. Доводиться припустити, що запаси вуглецю на поверхні планети безперервно поповнюються. Основними джерелами надходження вуглецю вчені вважають космос і мантію Землі.

Космічне простір постачає нам вуглець разом з метеоритним речовиною. Точніше буде сказати: поставляло. В даний час надходження космічного вуглецю на планету незначно - всього 0,000 000 001 від загальної кількості щорічно «Складованого» в процесі опадонакопичення. Але, як вважають багато фахівці, так було далеко не завжди: в минулі геологічні епохи кількість метеоритів і космічного пилу було набагато більше.

Другий і на сьогоднішній день основний постачальник вуглецю - мантія планети, причому не тільки під час виверження вулканів, як вважалося раніше, але і при дегазації надр, за рахунок вже згадуваного газового дихання планети. Оскільки і тут вуглецеві запаси не безмежні, то вони, природно, повинні якось поповнюватися. І такий механізм поповнення справно функціонує і до цього дня. Це затягування опадів океанічної кори в мантію при насунення плит один на одного.

Такий широкий погляд на кругообіг вуглецю в природі. Він повинен примирити органіків і неорганіка. Справді: органіки вважають, що вуглець при утворенні нафти обов'язково повинен пройти через живий організм. І це, швидше за все, дійсно так. Дослідження, виконані міжпланетними автоматичними станціями, показують, що на Венері та Марсі вуглеводневих газів не виявлено - Ймовірно тому, що на цих планетах відсутнє біосфера і земний цикл перетворення вуглецю в вуглеводні там неможливий.

праві і неорганіки: адже самі по собі всі органічні речовини, що становлять життєві цикли, колись утворювалися з неорганічних. Поки що, правда, немає повної ясності, як саме це сталося, але врешті-решт наука це дізнається.

І отже, у практичних пошуках нафти і газу треба використати весь арсенал теорій і гіпотез, які має сучасна наука, не обмежувати свій погляд якимись штучними шорамі. І тоді успіх прийде. Як сказав відомий американський геолог М. Хелбуті: «Я твердо переконаний, що в майбутньому ми відкриємо в глобальному масштабі стільки ж нафти і значно більше газу, ніж відкрито сьогодні. Я вважаю, що нас обмежує тільки брак уяви, рішучості і технологія. »

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://ngfr.ru/