С теорией возникновения угля вы наверняка знакомы. Точка зрения на этот счет устоявшаяся: он образовался (и продолжает образовываться) из остатков буйной вечнозеленой растительности, покрывавшей некогда всю планету, включая даже нынешние районы вечной мерзлоты, и занесенной сверху обычными горными породами, под воздействием давления недр и при недостатке кислорода.
Логично предположить, что и нефть была изготовлена по аналогичному рецепту на той же кухне природы. К 19 веку споры, в основном, сводилось к вопросу, что послужило исходным материалом, сырьем для образования нефти: остатки растений или животных?
Немецкие ученые Г.Гефер и К.Энглер в 1888 году поставили опыты по перегонке рыбьего жира при температуре 400 С и давлении порядка 1 МПа. Им удалось получить и предельные углеводороды, и парафин, и смазочные масла, в состав которых входили алкены, нафтены и арены.
Позднее, в 1919 году, академик Н.Д.Зелинский провел похожий опыт, но исходным материалом послужил органический ил растительного происхождения – сапропель – из озера Балшах. При его переработке удалось получить бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан…
Так опытным путем была доказана теория органического происхождения нефти. Какие же тут могут быть еще сложности?...
Но с другой стороны, в 1866 году французский химик М.Бертло высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных веществ. В подтверждение своей теории он провел несколько экспериментов, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ.
Десять лет спустя, 15 октября 1876 года, на заседании Русского химического общества выступил с обстоятельным докладом Д.И.Менделеев. Он изложил свою гипотезу образования нефти. Ученый считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь поступает вода. Просачиваясь в недра, она в конце концов встречается с карбидами железа, под воздействием окружающих температур и давления вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды, например этан. Полученные вещества по тем же разломам поднимаются в верхние слои земной коры и насыщают пористые породы. Так образуются газовые и нефтяные месторождения.
В своих рассуждениях Менделеев ссылается на опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов путем воздействия серной кислоты на чугун, содержащий достаточное количество углерода.
Правда, идеи «чистого химика» Менделеева поначалу не имели успеха у геологов, которые считали, что опыты, проведенные в лаборатории, значительно отличаются от процессов, происходящих в природе.
Однако неожиданно карбидная или, как ее еще называют, абиогенная теория о происхождении нефти получила новые доказательства – от астрофизиков. Исследования спектров небесных тел показали, что в атмосфере Юпитера и других больших планет, а также в газовых оболочках комет встречаются соединения углерода с водородом. Ну, а раз углеводороды широко распространены в космосе, значит в природе все же идут и процессы синтеза органических веществ из неорганики. Но ведь именно на этом и построена теория Менделеева.
Итак, на сегодняшний день налицо две точки зрения на природу происхождения нефти. Одна – биогенная. Согласно ей, нефть образовалась из остатков животных или растений. Вторая теория – абиогенная. Подробно разработал ее Д.И.Менделеев, предположивший, что нефть в природе может синтезироваться из неорганических соединений.
И хотя большинство геологов придерживается все-таки биогенной теории, отзвуки этих споров не затихли и по сей день. Уж слишком велика цена истины в данном случае. Если правы сторонники биогенной теории, то верно и опасение, что запасы нефти, возникшие давным-давно, вскоре могут подойти к концу. Если же правда на стороне их оппонентов, то вероятно, эти опасения напрасны. Ведь землетрясения и сейчас приводят к образованию разломов земной коры, воды на планете достаточно, ядро ее, по некоторым данным, состоит из чистого железа… Словом, все это позволяет надеяться, что нефть образуется в недрах и сегодня, а значит, нечего опасаться, что завтра она может кончиться.
Давайте посмотрим, какие доводы приводят в защиту своих точек зрения сторонники одной и другой гипотез.
Но прежде несколько слов о строении Земли. Это поможет нам быстрее разобраться в логических построениях ученых. Упрощенно говоря, Земля представляет собой три сферы, расположенные внутри друг друга. Верхняя оболочка – это твердая земная кора. Глубже расположена мантия. И наконец, в самом центре – ядро. Такое разделение вещества, начавшееся 4,5 миллиарда лет тому назад, продолжается и по сей день. Между корой, мантией ядром осуществляется интенсивный тепло- и массообмен, со всеми вытекающими отсюда геологическими последствиями – землетрясениями, извержениями вулканов, перемещениями материков...
ПАРАД НЕОРГАНИКОВ
Первые попытки объяснить происхождение нефти относится еще ко временам античности. Сохранилось, например, высказывание древнегреческого ученого Страбона, жившего около 2000 лет тому назад: «В области аполлонийцев есть место под названием Нимфей, - писал он, - это скала, извергающая огонь, а под ней текут источники теплой воды и асфальта, вероятно, от сгорания асфальтовых глыб под землей...».
Страбон объединил в целое два факта: извержение вулканов и образование асфальтов (так он называл нефть). И... ошибся! В упомянутых им местах нет действующих вулканов. Не было их и двадцать столетий назад. То, что Страбон принял за извержения, на самом деле – выбросы, прорывы подземных вод (так называемые грязевые вулканы), сопровождающие выходы нефти и газа на поверхность. И в наши дни подобные явления можно наблюдать на Апшероне и Таманском полуострове.
Впрочем, несмотря на ошибку, в рассуждениях Страбона было здравое зерно - его толкование происхождения нефти имело под собой материалистическую почву. Эта линия прервалась надолго. Лишь в 1805 году, основываясь на собственных наблюдениях, сделанных в Венесуэле, на описаниях извержения Везувия, известный немецкий естествоиспытатель А.Гумбольд снова возвращается к материалистической точке зрения. «...Мы не можем сомневаться в том, - пишет он, - что нефть представляет продукт перегонки на громадных глубинах и происходит из примитивных горных пород, под которыми покоится энергия всех вулканических явлений.»
Неорганическая теория происхождения нефти выкристаллизовывалась постепенно, и к тому моменту, когда Менделеев выдвинул свою теорию карбидного происхождения нефти, неорганики накопили достаточное количество фактов и рассуждений. И последующие годы добавляли в их копилку новые сведения.
В 1877-1878 годах французские ученые, воздействуя соляной кислотой на зеркальный чугун и водяными парами на железо при белом калении, получили водород и значительное количество углеводородов, которые даже по запаху напоминали нефть.
Кроме вулканической гипотезы у сторонников абиогенного происхождения нефти есть еще и космическая. Геолог В.Д.Соколов в 1889 году высказал предположение, что в тот далекий период, когда вся наша планета еще представляла собой газовый сгусток, в составе этого газа присутствовали и углеводороды. По мере охлаждения раскаленного газа и перехода его в жидкую фазу, углеводороды постепенно растворялись в жидкой магме. Когда же из жидкой магмы стала образовываться твердая земная кора, она, согласно законам физики, уже не могла удержать в себе углеводороды. Они стали выделяться по трещинам в земной коре, поднимались в верхние ее слои, сгущаясь и образуя здесь скопления нефти и газа.
Уже в наше время обе гипотезы – вулканическая и космическая – были объединены в единое целое новосибирским исследователем В.Сальниковым. Он использовал предположение, что планетка, имевшая в своем составе большое количество углеводородов, находясь на чересчур низкой орбите, постепенно тормозилась о верхние слои атмосферы и в конце концов упала на Землю, как это происходит с искусственными спутниками. Резкий толчок активизировал вулканическую и горообразовательную деятельность. Миллиарды тонн вулканического пепла, мощнейшие грязевые потоки завалили принесенные из космоса углеводороды, похоронили их в глубоких недрах, где под действием высоких температур и давлений они превратились в нефть и газ.
В качестве обоснования своих выводов Сальников указывает на необычное расположение месторождений нефти и газа. Соединив между собой крупные зоны обнаруженных месторождений, он получил систему параллельных синусоидальных линий, которая, по его мнению, весьма напоминает проекции траекторий искусственных спутников Земли.
Рассказ о неорганических гипотезах нельзя будет считать полным, если не упомянуть известного геолога-нефтника Н.А.Кудрявцева. В 50-е годы он собрал и обобщил огромный геологический материал по нефтяным и газовым месторождениям мира.
Прежде всего Кудрявцев обратил внимание на то, что многие месторождения нефти и газа обнаруживаются под зонами глубинных разломов земной коры. Сама по себе такая мысль не была новой: на это обстоятельство обратил еще Д.И.Менделеев. Но Кудрявцев намного расширил географию применения таких выводов, глубже обосновал их.
Например, на севере Сибири, в районе так называемого Мархининского вала, очень часто встречаются выходы нефти на поверхность. На глубину до двух километров все горные породы буквально пропитаны нефтью. В то же время, как показал анализ, количество углерода, образовавшегося одновременно с породой чрезвычайно невелико – 0,02-0,4%. Но по мере удаления от вала количество пород, богатых органическими соединениями, возрастает, а вот количество нефти резко уменьшается.
На основании этих и других данных Кудрявцев утверждает, что нефтегазоносность Мархининского вала скорее всего связан не с органическим веществом, а с глубинным разломом, который и поставляет нефть из недр планеты.
Подобные же образования имеются в других регионах мира. Скажем, в штате Вайоминг (США) жители издавна отапливают дома кусками асфальта, который они берут в трещинах горных город соседних Медных гор. Но сами по себе граниты, из которых состоят те горы, не могут накапливать нефть и газ. Эти полезные ископаемые могут поступить только из земных глубин по образовавшимся трещинам.
Более того, найдены следы нефти в кимберлитовых трубках – тех самых, в которых природа осуществила синтез алмазов. Такие каналы взрывного разлома земной коры, образовавшиеся в результате прорыва глубинных газов и магмы, могут оказаться вполне подходящим местом и для образования нефти и газа.
Обобщив эти и множество других фактов, Кудрявцев создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти. В мантии Земли под давлением и при высокой температуре из углерода и водорода сначала образуются сначала углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Они движутся в веществе мантии от области высокого к области низкого давления. А так как в зоне разломов перепад давлений особенно ощутим, углероды и направляются в первую очередь именно сюда. Поднимаясь в слои земной коры, углеводороды в менее нагретых зонах реагируют друг с другом и с водородом, образуя нефть. Затем образовавшаяся жидкость может перемещаться как вертикально, так и горизонтально по имеющимся в породе трещинам, скапливаясь в ловушках.
Исходя из теоретических представлений, Кудрявцев советовал искать нефть не только в верхних слоях, но и глубже. Этот прогноз блестяще подтверждается, и глубина бурения с каждым годов возрастает.
В середине 60-х годов удалось ответить на такой важный вопрос: «Почему столь «нежные» углеводородные соединения, из которых состоит нефть, не распадаются в недрах Земли на химические элементы при высокой температуре?» Действительно, такое разложение вполне можно наблюдать даже в школьной лаборатории. На подобных реакциях зиждется деструктивная переработка нефти. Оказалось, что в природе дело обстоит как раз наоборот – из простых соединений образуются сложные... Математическим моделированием химических реакций доказано, что подобный синтез вполне допустим, если к высоким температурам мы добавим еще и высокие давления. То и другое, как известно, в избытке имеется в земных недрах.
Распространенный прогноз о скором (через 30–50 лет) истощении запасов нефти специалисты воспринимают по-разному. Большинство - с уважением («так и есть»), другие скептически («запасы нефти безграничны!»), а третьи с сожалением («могло бы хватить и на столетия…»). «Популярная механика» решила разобраться в этом вопросе.
Грубо говоря, на сколько лет хватит запасов нефти, не знает никто. Что удивительнее, до сих пор никто не может точно сказать, каким путем образуется нефть, хотя спор об этом ведется еще с XIX века. Ученые в зависимости от своих убеждений разделились на два лагеря.
Образование нефти согласно биогенной теории
Сейчас в мире среди специалистов преобладает биогенная теория. Она гласит, что нефть и природный газ образовались из остатков растительных и животных организмов в ходе многоступенчатого, длящегося миллионы лет процесса. Согласно этой теории, одним из основоположников которой был Михайло Ломоносов, запасы нефти невосполняемы и все ее месторождения когда-нибудь иссякнут. Невосполняемы, разумеется, с учетом быстротечности человеческих цивилизаций: первый алфавит и ядерную энергию разделяет не более четырех тысяч лет, тогда как для образования новой нефти из нынешних органических остатков потребуются миллионы. А значит, нашим не слишком далеким потомкам придется обходиться сперва без нефти, а затем и без газа…
Сторонники абиогенной теории смотрят в будущее с оптимизмом. Они полагают, что запасов нефти и газа нам хватит еще на долгие столетия. Дмитрий Иванович Менделеев, находясь в Баку, однажды узнал от геолога Германа Абиха, что месторождения нефти территориально очень часто приурочены к сбросам – особого типа трещинам земной коры. Тогда же знаменитый русский химик уверился в том, что углеводороды (нефть и газ) образуются из неорганических соединений глубоко под землей. Менделеев считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам, рассекающим земную кору, поверхностная вода просачивается в глубь Земли к металлическим массам и вступает в реакцию с карбидами железа, образуя оксиды металла и углеводороды. Затем углеводороды по трещинам поднимаются в верхние слои земной коры и формируют месторождения нефти и газа. Согласно абиогенной теории, образования новой нефти вовсе не придется ждать миллионы лет, она вполне восполняемый ресурс. Сторонники абиогенной теории уверены, что на больших глубинах ждут открытия новые месторождения, а разведанные на данный момент нефтяные запасы вполне могут оказаться ничтожными по сравнению с еще неизвестными.
Объемы добычи нефти на месторождении «Белый тигр» на морском шельфе Вьетнама превзошли самые оптимистичные прогнозы геологов и внушили многим нефтяникам недежду, что на больших глубинах хранятся громадные запасы «черного золота»
В поисках доказательств
Геологи, однако, скорее пессимисты, чем оптимисты. По крайней мере, поводов доверять биогенной теории у них больше. Еще в 1888 году немецкие ученые Гефер и Энглер поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из продуктов животного происхождения. При перегонке рыбьего жира при температуре 4000С и давлении около 1 МПа они выделили из него предельные углеводороды, парафин и смазочные масла. Позже, в 1919 году, академик Зелинский из органического ила со дна озера Балхаш, преимущественно растительного происхождения, получил при перегонке сырую смолу, кокс и газы – метан, CO, водород и сероводород. Затем из смолы он извлек бензин, керосин и тяжелые масла, опытным путем доказав, что нефть может быть получена и из органики растительного происхождения.
Сторонникам неорганического происхождения нефти пришлось скорректировать свои взгляды: теперь они не отрицали происхождения углеводородов из органики, но считали, что их можно получить и альтернативным, неорганическим способом. Вскоре и у них появились свои доказательства. Спектроскопические исследования показали, что в атмосфере Юпитера и других планет-гигантов, а также их спутников и в газовых оболочках комет присутствуют простейшие углеводороды. Значит, если в природе идут процессы синтеза органических веществ из неорганики, ничто не мешает образованию углеводородов из карбидов на Земле. Вскоре были обнаружены и другие факты, не согласовывавшиеся с классической биогенной теорией. На ряде нефтяных скважин запасы нефти неожиданным образом стали восстанавливаться.
1494-1555: Георгиус Агрикола, врач и металлург. До XVIII века существовало множество курьезных версий происхождения нефти (из «земного жира под воздействием вод Всемирного потопа», из янтаря, из мочи китов и др.). В 1546 году Георгий Агрикола писал, что нефть имеет неорганическое происхождение, а каменные угли образуются путем ее сгущения и затвердевания
Нефтяное волшебство
Один из первых таких парадоксов был обнаружен в месторождении нефти в Терско-Сунженском районе, неподалеку от Грозного. Первые скважины здесь пробурили еще в 1893 году, в местах естественных нефтепроявлений.
В 1895 году одна из скважин с глубины 140 м дала грандиозный фонтан нефти. Через 12 дней фонтанирования рухнули стенки нефтяного амбара и поток нефти затопил вышки рядом расположенных скважин. Лишь спустя три года фонтан удалось укротить, затем он иссяк и от фонтанного способа добычи нефти перешли к насосному.
К началу Великой Отечественной войны все скважины сильно обводнились, и некоторые из них законсервировали. После наступления мира добычу восстановили, и, к всеобщему удивлению, почти все высокообводненные скважины начали давать безводную нефть! Непонятным образом скважины получили «второе дыхание». Спустя еще полвека ситуация повторилась. К началу чеченских войн скважины снова были сильно обводнены, существенно снизились их дебиты, и во время войн они не эксплуатировались. Когда же добыча была возобновлена, дебиты значительно возросли. Причем первые мелкие скважины стали через затрубное пространство снова высачивать нефть на земную поверхность. Сторонники биогенной теории находились в недоумении, тогда как «неорганики» легко объясняли этот парадокс тем, что в данном месте нефть имеет неорганическое происхождение.
Нечто похожее произошло и на одном из крупнейших в мире Ромашкинском нефтяном месторождении, которое разрабатывается уже более 60 лет. По оценкам татарских геологов, из скважин месторождения можно было извлечь 710 млн. т нефти. Однако на сегодняшний день здесь уже добыли почти 3 млрд. т нефти! Классические законы геологии нефти и газа не могут объяснить наблюдаемые факты. Некоторые скважины как будто пульсировали: падение дебитов вдруг сменялось их долговременным ростом. Пульсирующий ритм был отмечен и у многих других скважин на территории бывшего СССР.
Нельзя не упомянуть и о месторождении «Белый тигр» на морском шельфе Вьетнама. С самого начала нефтедобычи «черное золото» извлекали исключительно из осадочных толщ, здесь же осадочную толщу (около 3 км) пробурили насквозь, вошли в фундамент земной коры, и скважина зафонтанировала. Причем, согласно подсчету геологов, из скважины можно было извлечь около 120 млн. тонн, но и после того, как этот объем был добыт, нефть продолжала поступать из недр с хорошим напором. Месторождение поставило перед геологами новый вопрос: накапливается ли нефть только в осадочных породах или ее вместилищем могут быть породы фундамента? Если в фундаменте тоже есть нефть, то мировые запасы нефти и газа могут оказаться куда больше, чем мы предполагаем.
1711-1765: Михайло Васильевич Ломоносов, ученый-энциклопедист – химик, физик, астроном и др. Одним из первых высказал научно обоснованную концепцию о происхождении нефти из растительных остатков, подвергшихся обугливанию и давлению в земных слоях («О слоях земных», 1763): «Выгоняется подземным жаром из приготовляющихся каменных углей бурая и черная масляная материя…»
Быстро и неорганически
Чем же вызвано «второе дыхание» многих скважин, необъяснимое с точки зрения классической геологии нефти и газа? «В Терско-Сунженском месторождении и некоторых других нефть может образовываться из органического вещества, но не за миллионы лет, как предусматривает классическая геология, а за считанные годы, – считает заведующий кафедрой геологии РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина Виктор Петрович Гаврилов. – Процесс ее образования можно сравнить с искусственной перегонкой органики, аналогичной опытам Гефера и Зелинского, но проводимой самой природой. Такая скорость образования нефти стала возможной благодаря геологическим особенностям местности, где вместе с нижней частью литосферы часть осадков затягивается в верхнюю мантию Земли. Там в условиях высоких температур и давлений происходят стремительные процессы деструкции органики и синтеза новых углеводородных молекул».
На Ромашкинском же месторождении, по мнению профессора Гаврилова, действует другой механизм. Здесь в толще кристаллических пород земной коры, в фундаменте, лежит мощный пласт высокоглиноземных гнейсов возрастом более 3 млрд. лет. В составе этих древних пород содержится много (до 15%) графита, из которого в условиях высоких температур в присутствии водорода и образуются углеводороды. По разломам и трещинам они поднимаются в пористый осадочный слой коры.
1834-1907: Дмитрий Иванович Менделеев, химик, физик, геолог, метеоролог и др. Вначале разделял представление об органическом происхождении нефти (в результате реакций, идущих на больших глубинах, при высоких температурах и давлениях, между углеродистым железом и водой, просачивающейся с поверхности земли). Позднее придерживался «неорганической» версии
Существует еще один механизм быстрого пополнения запасов углеводородов, обнаруженный в Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции, где концентрируется половина всех углеводородных запасов России. Здесь, по мнению ученого, в погребенной рифтовой долине древнего океана происходили и происходят процессы образования метана из неорганики, как в «черных курильщиках» (см. врезку). Но местная рифтовая долина перекрыта осадками, что мешает рассеиванию метана и заставляет его концентрироваться в породных резервуарах. Этот газ подпитывал и продолжает подпитывать углеводородами всю Западно-Сибирскую равнину. Здесь же из органических соединений ускоренно образуется нефть. Так что же, углеводороды тут будут всегда?
«Если выстроить наш подход к разработке месторождений на новых принципах, – отвечает профессор, – согласовать скорость отбора со скоростью поступления углеводородов из очагов генерации в данных районах, скважины будут действовать сотни лет».
1861-1953: Николай Дмитриевич Зелинский, химик-органик. Внес существенный вклад в решение проблемы происхождения нефти. Показал, что некоторые соединения углерода, входящие в состав животных и растений, при невысокой температуре и соответствующих условиях могут образовывать продукты, сходные с нефтью по химическому составу и физическим свойствам
Но это слишком оптимистичный вариант развития событий. Реалии более жестоки: чтобы запасы успевали пополняться, человечеству придется отказаться от «насильственных» технологий добычи. Кроме того, потребуется вводить специальные реабилитационные периоды, на время отказываясь от эксплуатации месторождений. Сможем ли мы пойти на это в условиях растущего населения планеты и растущих потребностей? Вряд ли. Ведь, если не считать атомной энергетики, у нефти пока нет достойной альтернативы.
Дмитрий Иванович Менделеев в позапрошлом веке критично заявил, что сжигать нефть – это все равно что топить печь ассигнациями. Если бы великий химик жил сегодня, то, наверное, назвал бы нас самым безумным поколением в истории цивилизации. И возможно, был бы не прав – наши дети пока еще могут переплюнуть нас. А вот внукам такой шанс, скорее всего, уже не представится…
1871-1939: Иван Михайлович Губкин, геолог-нефтяник. Основоположник советской нефтяной геологии, сторонник биогенной теории. Обобщил результаты исследований природы нефти и пришел к заключению: процесс ее образования непрерывен; наиболее благоприятны для образования нефти неустойчивые в прошлом участки земной коры на границах областей опускания и поднятия
No related links found
Происхождение нефти имеет несколько теорий, каждая из которых имеет право на существование. У каждой есть множество известных приверженцев и достаточное число научных трудов и обоснований. На этой странице мы расскажем о том, как образуется нефть в природе и опишем наиболее популярные теории происхождения этого ресурса.
Как образовалась нефть
Современная мировая экономика не может обойтись без нефти. Именно поэтому ее все чаще сравнивается с золотом. Спрос на этот энергоресурс возрастает с каждым днем, позволяя компаниям, занимающимся добычей углеводородов, получать солидные прибыли. Каково же происхождение нефти? Почему одни страны богаты этим ресурсом, а другие страдают от его недостатка?
Для того, чтобы понять, как образуется этот ресурс, важно разобрать его состав. Нефть состоит из:
- Метановых, парафиновых, нафтеновых и других углеводородов
- Смолистых веществ и асфальтенов
- Серосодержащих веществ
- Азотистых и кислородных соединений
- Меньше 1% составляют тяжелые металлы
Откуда взялась нефть на нашей планете? Проанализировав состав этого вещества ученые разработали несколько теорий происхождения нефти. Причем каждая из них имеет многочисленное число сторонников и ярых противников остальных теорий. Наиболее популярные гипотезы происхождения нефти:
- Биогенная
- Неорганическая
- Космическая
Современные теории происхождения нефти появились в начале XIX века и лишь в XX столетии приобрели более научный вид. Но, о том, как образуются углеводороды в недрах земли, спорят и по сей день. На данный момент ученые не пришли к единому мнению на этот счет. Поэтому точного ответа на вопрос, откуда берется это вещество под землей, вам никто не даст.
Биогенная или органическая теория
Биогенное происхождение нефти является одной из самых популярных гипотез образования «черного золота» в недрах нашей планеты. На сегодняшний день, эта гипотеза более популярна в кругу академических ученых. Согласно ей, эта жидкость возникла в результате разложения растений и животных на дне различных водоемов. Останки в результате различных химических процессов разлагались. Находящиеся на глубине более 3000 метров они высвобождали углеводороды. Органическая теория происхождения нефти может быть возможной только в условиях высоких температур (140 – 160 градусов).
Жидкие углеводороды, освободившись из органической массы, заполняют собой пустоты. Сегодня их называют месторождениями. Нефть, которая находится на большой глубине, содержится при температуре окружающей среды около 200 градусов. Высокая температура позволяет выделить из нее природный газ.
Биогенную теорию происхождения «черного золота» впервые в России сформулировал М. В. Ломоносов. Известные ученые того времени были практически единодушными в природе образования этого ресурса. Единственным камнем преткновения был исходный материал. Некоторые считали его доисторическими растениями, другие – животными.
Версии биологического происхождения нефти имеют свою доказательную базу. Немецкие специалисты Энглер и Гефер провели опыт по перегонки рыбьего жира под высоким давлением и температуры. Им удалось получить вещество, состав которого отдаленно напоминал нефть. Русский ученый Н. Д. Зелинский провел похожий опыт, но взял за исходный материал растительный ил озера Балхаш. Ему удалось получить бензин, керосин, метан и тяжелые металлы.
Абиогенная или неорганическая теория происхождения
Не прошел мимо этого вопроса и Д. И. Менделеев. Видный ученый считал, что нефть образовалась в результате реакции воды, попадающей в разломы горных пород и встречающейся с карбидами железа. В лабораторных условиях ученый смог подтвердить свою теорию, но многие геологи ее опровергли, посчитав невозможным «стерильный» результат в природных условиях.
Абиогенная теория происхождения нефти является второй по популярности. Кроме Д. И. Менделеева ее сторонниками являются такие видные ученые своего времени как А. Гумбольд, Н. А. Кудрявцев, Т. М. Голд и другие. Успех этой теории связан с удачными экспериментами по выявлению этого вещества из минерального сырья в лабораториях. Неорганическое происхождение нефти в конце XIX века стала одной из главных гипотез происхождения этого маслянистого вещества.
Д. И. Менделеев называл свою абиогенную теорию – карбидной. И хоть многие геологи не соглашались с его доводами, эксперимент по доказательству этой версии подтвердил ее право на существование. Известный химик считал, что земля состоит из расплавленного железа. Карбиды, которые являются спутниками этого металла, являются исходным материалом для образования самого значимого полезного ископаемого в истории человечества.
После реакции воды с карбидами, образуемые при такой реакции вещества, поднимались выше и окончательно формировались за счет более низких температур. Этот процесс, по мнению сторонников гипотезы, происходит постоянно. Поэтому, уменьшение запасов «черного золота» не грозит человечеству.
А вот основатель советской нефтяной геологии Иван Михайлович Губкин был главным противником теории Менделеева и всегда выступал с критикой в ее адрес. Он считал, что базальтовый пояс не даст воде проникнуть к ядру земли и встретится с карбидами железа.
Многое сделал для понимания образования углеводородов в недрах земли знаменитый американский геолог Арвилл Леворсен. Он придерживается осадочно-миграционной теории происхождения.
Теория космического происхождения нефти
Главной альтернативой вышеописанных гипотез является космическая теория происхождения нефти. Ее основоположник, В. Д. Соколов считал, что образование этого ресурса стало возможным благодаря попаданию на землю неорганических компонентов из космоса. Теория стала возможным, после подтверждения наличия углеводородных радикалов на звездах и метеоритах.
Нефтяная космическая теория находит новых последователей каждый день. Современные исследовательские орбитальные станции, телескопы для проведения спектрального анализа далеких объектов и другие технические возможности науки доказывают право этой гипотезы на существование.
Последние исследования показали наличие метана и аммиака в атмосферах близких планет: Юпитера, Нептуна, Урана и Сатурна. Это позволяет сделать вывод, что углеводород может содержаться на любом космическом теле.
По сути, образование жидких углеводородов по этой версии можно отнести как к органической, так и неорганической теории. Уже доказано, что метеориты могут принести на землю не только минералы, но и различные бактерии и микроорганизмы, которые могут стать сырьем для нефти.
Другие версии
Периодически появляются новые версии образования «черного золота». Она предлагает в качестве источника этой жидкости рассеяное органическое вещество, содержащееся в осадочных породах.
Сегодня популярна альтернативная теория происхождения нефти, разработанная российскими учеными из Института проблем нефти и газа РАН. Специалисты сформулировали свою теорию, основываясь на круговороте углерода и воды в природе. Дождевая вода содержит углерод в виде гидрокарбоната. Он попадает в землю и приобретает форму для дальнейшего формирования нефти, которая формируется и попадает в природные резервуары, называемыми осадочными бассейнами.
Согласно этой гипотезе, таким образом формируется 90% нефти и только 10% ее было получено в результате разложения органических останков животных и растений.
Как и в случае с абиогенной теорией, скорость восстановления нефтяных запасов происходит не тысячелетиями, а всего лишь, десятками лет. При этом, основоположники этой теории считают, что чем интенсивнее человек будет перерабатывать углеводороды, тем быстрее они будут попадать обратно в землю и образовывать новые нефтяные массы.
Нефть является важнейшим ресурсом в истории человечества. Именно ископаемые углеводороды стали причиной значительного технического прогресса. Последние данные показывают, что этого ресурса хватит еще на 70 – 80 лет. За это время необходимо перейти на альтернативные виды топлива. Иначе человечеству придется очень сложно. Именно это толкает ученых на изучение возможности переработки солнечной и ветряной энергии.
«Черное золото» сравнивают с кровью экономики и об образовании жидких углеводородов спорят не одно десятилетие. Ведь главным вопросом, который занимает большинство умов, является не природа образования нефти, а та скорость, с которой восстанавливаются запасы углеводородов. Ведь чем быстрее происходит образование этого ресурса, тем дольше человечество сможет прожить до перехода на новый.
Владимир Хомутко
Время на чтение: 4 минуты
А А
Теории происхождения нефти
Существование современной мировой экономики немыслимо без таких полезных ископаемых, как нефть и газ, поэтому нефть нередко называют «чёрным золотом», поскольку высокий спрос на этот энергоресурс позволяет нефтяным компаниям получать солидные прибыли. Многих интересует вопрос о том, каково происхождение нефти и газа и что вообще такое нефть. В этой статье мы постараемся доступным языком ответить на эти вопросы.
Нефть – это сложная смесь различных химических веществ, в которой преобладают два элемента – углерод и водород, соединения которых называются углеводороды.
Итак, нефть состоит из следующих химических соединений:
- Углеводороды. Они подразделяются на метановые, нафтеновые, парафиновые и ароматические.
- Асфальтовые и смолистые вещества. Растворимые в бензине вещества называются асфальтенами. Вещества, которые бензин не растворяет, называют смолами.
- Сера и её соединения. Содержание сернистых веществ в нефти обычно колеблется от 0,1 до 6-ти процентов, однако есть нефти и большим содержанием этого химического элемента.
- Азотистые и кислородные соединения. Их содержание в нефти, как правило, не превышает 1-го процента.
- Металлы. Их в нефтях также немного (менее процента).
Сырая нефть для практического применения непригодна. Для того, чтобы получить практически применимые продукты, её подвергают переработке на нефтеперегонных заводах (НПЗ). Промысловая нефть бывает сырой и товарной. Сырая нефть – это то вещество, которое образовалось в природе естественным путем. В ней содержатся растворенные газы, соли, вода и обломки горной породы.
Все эти нежелательные примеси не только бесполезны с практической точки зрения, но еще и крайне негативно влияют на применяемое оборудование и на трубопроводы, по которым сырье поступает на переработку. Поэтому на нефтяных промыслах нефть перед закачкой в магистральный нефтепровод проходит предварительную очистку. Именно после этих процессов и получается нефть, называемая товарной.
Список получаемых из этого полезного ископаемого продуктов весьма обширен. Это и всем известные виды моторных топлив (бензины, дизельное топливо, авиационный керосин и так далее), а также котельное и судовое топливо (мазут) и различные виды масел (смазочные, трансмиссионные и так далее).
Кроме того, из нефтяного сырья делают пластмассы, растворители, краски, чистящие средства и взрывчатые вещества. Автомобильные шины также делают из сырья, полученного из «черного золота». Это полезное ископаемое не зря называют важнейшим энергоносителем, поскольку основное его предназначение – топливное сырье. А уже топливо путем сжигания преобразуется в тепловую, механическую и другие виды энергии.
В настоящее время наиболее популярными теориями, объясняющими образование нефти в природе, являются две гипотезы происхождения нефти. Оба этих предположения имеют в ученом мире как своих ярых сторонников, так и своих непримиримых противников.
Первая теория – биогенная.
Она гласит, что нефть образовалась из органических останков самых разных видов растительного и животного мира, и продолжался этот процесс в течение многих миллионов лет. и животных и растений на протяжении многих миллионов лет. Первым эту гипотезу высказал знаменитый на весь мир русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов.
Если принять эту теорию за основу, то перспектива человечества в плане этого энергоресурса выглядит совсем не радужной. Дело в том, что наша цивилизация развивается гораздо быстрее, чем происходит естественное образование нефти в природе.
Другими словами, человечество выкачивает её намного больше, чем успевает создать природа, вследствие чего это полезное ископаемое относят к так называемым невозобновляемым ресурсам. Сторонники этой теории уверены, что в скором будущем запасы черного золота закончатся, и человечеству понадобятся альтернативные источники энергии.
Вторая теория в этом плане выглядит более оптимистичной, особенно для нефтяной промышленности. Она называется абиогенная.
И тут первым, кто выдвинул эту гипотезу, стал российский ученый Дмитрий Иванович Менделеев. Как-то раз, будучи в Баку, он познакомился с весьма известным в те времена геологом, которого звали Герман Абих. Именно этот геолог, на основании имеющихся у него научных геологических данных, рассказал Менделееву о том, что все наиболее крупные нефтяные месторождения, как правило, располагаются поблизости от разломов и трещин земной коры.
Приняв эту информацию к сведению, Дмитрий Иванович разработал собственную теорию о природном происхождении этого полезного ископаемого. Он предположил, что через такие трещины и разломы поверхностные воды проникают вглубь земной коры, после чего они вступают в реакцию с содержащимися в ней металлами и их карбидными соединениями.
По мнению ученого, именно в результате этого процесса и происходит образование углеводородов. Затем, по тем же разломам и трещинам, они со временем поднимаются ближе к поверхности, что и приводит к появлению нефтяного или газового месторождения. Главным в этой теории является то, что, по мнению Менделеева, длительность этого процесса не превышает десяти лет.
Если верить этой гипотезе, то углеводородных запасов нашей цивилизации хватит еще на много веков, поскольку разрабатываемые ныне месторождения будут постепенно восстанавливаться, если на некоторое время прекратить их разработку.
Биогенная теория происхождения нефти
Однако, в условиях колоссального спроса на этот энергоресурс, который постоянно увеличивается в связи с постоянным ростом численности населения земного шара, прекратить добычу на уже эксплуатируемых месторождениях не представляется возможным. Вся надежда – только на новые, еще не тронутые запасы сырья.
В настоящее время абиогенная теория набирает все большую популярность, поскольку развитие современных технологий позволяет ученым находить все больше доказательств её истинности. К примеру, научно доказано и проверено многочисленными экспериментами, что при нагревании до температуры четыреста градусов Цельсия любой содержащий полинафтеновые соединения углеводород, то начинается выделение чистой нефти. И это – научно доказанный достоверный факт.
Искусственное «черное золото»
«Позвольте!» – спросите вы, – «если нефть можно получать в лабораториях, то зачем тогда вообще тратить огромные средства на её добычу из земных недр?» Тут все не так просто, и главная проблема заключается в том, что себестоимость искусственной нефти очень высока. Другими словами, по тем ценам, по которым её станут продавать, её никто не купит, и производство такого продукта будет нерентабельным. Получение этого продукта в лабораторных условиях было интересно лишь с научной точки зрения, поскольку сама возможность такого процесса лишний раз подтверждала теорию Менделеева.
Давайте для сравнения рассмотрим происхождение и этого ценного природного энергоносителя. Согласно сложившемуся сейчас мнению, опустившиеся на морское дно умершие живые организмы, попали в такую среду, где нет кислорода и микроорганизмов, в результате чего их распада не происходило (из-за отсутствия окислительных процессов и воздействия микробов). Как итог – накапливались илистые осадки. В процессе движений геологических пластов земной коры, эти осадки опускались на все большую и большую глубину, проникая при этом в недра Земли.
В течение многих миллионов лет этот ил находился под воздействием высоких температурных значений и высокого давления, вызывавшее в этих осадках определенные химические и физические процессы. Содержавшийся в этих отложениях углерод начинал образовывать соединения с водородом (углеводороды). Высокомолекулярные углеводороды это жидкие вещества, которые входят в состав нефти. А низкомолекулярные углеводороды – это как раз газообразные химические соединения, из которых и образуется всем известный природный газ.
Именно поэтому в местах нефтедобычи всегда есть и углеводородные газы, называемые попутными, хотя на нашей планете есть и залежи чистого природного газа, без наличия в них жидкого нефтяного сырья. Эта теория как раз подтверждает биогенную гипотезу М.В. Ломоносова, поэтому однозначного ответа на вопрос о происхождении нефти до сих пор нет.
Так какие можно сделать выводы из всего вышесказанного?
Точно сказать, как образуются углеводородные полезные ископаемые, ученые в настоящее время дать не могут. Обе существующие в современном научном мире гипотезы находят свое подтверждение, и окончательно опровергнуть одну из них пока не удается.
Если верна теория Ломоносова, то человеческой цивилизации необходимо срочно искать альтернативные источники энергии, поскольку если запасы природных углеводородов будут исчерпаны, мировую экономику ждет очень глубокий кризис. Исходя из худшего, мировая наука активно работает в этом направлении. Уже сейчас научились делать топливо из растений, использовать энергию ветра и приливных волн для выработки электрической энергии, далеко продвинулись разработки в области электрического автомобилестроения, и работы в этой сферы постоянно продолжаются.
Однако пока равнозначной замены нефти ученые предложить не могут, и «черное золото» остается важнейшим природным энергоносителем для всей человеческой цивилизации.
Мало кто сомневается, что человеческий ум, запустивший ракету в космос и опустившийся на дно мирового океана, найдет выход из этой ситуации, какая бы теория происхождения нефти и природного газа не оказалась истинной. К примеру, водорода, из которого можно делать топливо, в водах мирового океана предостаточно.
Тут вопрос в другом – когда научно-технический прогресс сделает альтернативные источники энергии такими же дешевыми и доступными, как углеводороды. И если это произойдет позже, чем закончатся запасы привычных энергоресурсов, то переход мировой экономики на новые источники энергии может оказаться весьма болезненным.
Эндрю A. Снеллинг, доктор наук.
На протяжении вот уже более ста лет нефть называют «черным золотом». Нефть является топливом для средств передвижения и поддерживает мировой экономический рост и процветание. Так как же образуется нефть, и каково её происхождение?
Основы геологии нефти
Залежи нефти, как правило, обнаруживаются в осадочных породах. Такие породы, образованные из песка, наносов ила и частиц глины, эродировались с земной поверхности и перенеслись потоком воды, чтобы отложиться слои осадочной породы. По мере того, как эти слои высыхали, химические продукты, содержащиеся в воде, образовывали природные цементные вещества, которые связывали зерна осадочной породы и превращали их в твердую породу.
Месторождения нефти залегают в подземных трапах, где вмещающие их осадочные породы образовали складки и/или изгибы. Вмещающая осадочная или коллекторная порода достаточно пористая, чтобы в ней могла скапливаться нефть в промежутках между зернами осадочной породы. Нефть, как правило, формируется не в коллекторной породе, а образуется в нефтематеринской породе, и впоследствии перемещается через слои осадочной породы, пока она не попадается в трапы.
Происхождение и химический состав нефти
Большинство ученых согласны с тем, что углеводороды (нефть и природный газ) имеют органическое происхождение. Однако некоторые ученые придерживаются мнения, что природный газ мог образоваться глубоко под землей, где тепло, которое плавит породы, могло образовать его и неорганическим путем. Тем не менее, львиная доля данных свидетельствует в пользу органического происхождения нефти, согласно которого нефть является продуктом растений, а возможно и животных, которые залегли и окаменели в нефтематеринской осадочной породе. После этого нефть химическим путем изменилась в неочищенную нефть и газ.
Химический состав нефти помогает понять её происхождение. Нефть представляет собой сложную смесь из органических составляющих соединений. Одним из таких химических соединений в сырой нефти является порфирин:
«Порфирины нефти … были обнаружены в огромном количестве осадочных пород и в неочищенной нефти, что показывает широкое распространение геохимических ископаемых»
).Порфирины
Порфирины представляют собой органические молекулы, которые по своей структуре очень похожи на хлорофилл растений и на гемоглобин, содержащийся в крови животных. Они относятся в группе тетрапиррольных соединений и часто содержат металлы, такие как никель и ванадий. Порфирины легко разрушаются в условиях окисления (кислородом) и под действием тепла . Таким образом геологи считают, что порфирины в неочищенной нефти являются свидетельством того, что нефтематеринские породы отложились в восстандивающих условиях:
«Образование нефти происходит в анаэробных и восстановительных условиях. Присутствие порфиринов в некоторых нефтепродуктах говорит о том, что анаэробные условия создались в самом начале существования таких нефтепродуктов, поскольку производные хлорофилла, такие как порфирины, легко и быстро окисляются и разлагаются в аэробных условиях»
Ссылки:
Значимость химии нефти
Тот факт, что молекулы порфирина быстро и без труда распадаются в присутствии кислорода и под действием тепла, является очень важным. Поэтому, то, что порфирины до сих пор обнаруживаются сегодня в неочищенной нефти означает, что нефтематеринские породы и растительные (и животные) ископаемые, содержащиеся в них, должны были удерживаться от воздействия на них кислорода, когда они откладывались и погребались. Этого можно достичь двумя путями:
Однако, даже в тех местах, где по сегодняшним стандартам происходит относительно быстрое образование осадочных пород, как например, в дельтах рек прибрежных зон, условия все равно окислительные . Таким образом, для сохранения органического вещества, содержащего порфирины, требуется его медленный распад при отсутствии кислорода, как это происходит сегодня в Черном море. Но подобные условия встречаются довольно редко, чтобы с их помощью можно было объяснить присутствие порфиринов почти во всех отложениях нефти, которые обнаруживаются сегодня во всем мире.
Единственное последовательное объяснение – это катастрофическое образование осадочных пород, которое происходило во время всемирного Потопа, описываемого в Бытие. Тонны растительности и животных были жестоко вырваны с корнем и убиты соответственно, и таким образом огромное количество органического вещества погреблось настолько быстро, что содержащиеся в нем порфирины быстро были удалены от окисляющих веществ, которые могли их разрушить.
Количество порфиринов, обнаруживаемых в неочищенной нефти, колеблется от очень малых количество до 0.04% (или 400 частиц на миллион). В ходе проведенных экспериментов всего за один день из растительного материала была образована концентрация порфирина в 0.5% (такого же типа порфирина, обнаруженного в неочищенной нефти), так что для образования такого малого количества порфиринов, которое обнаруживается сегодня в нефти, вовсе не требуются миллионы лет .
Фактически, порфирин, содержащийся в неочищенной нефти, можно образовать из хлорофилла растений менее чем за 12 часов . Однако другие эксперименты показали, что когда на протяжении всего 12 часов растительный порфирин поддавали воздействию температуры всего 410°F (210°C), он распадался в течение трех дней. Следовательно, нефтематеринские породы и образованная из них неочищенная нефть не могли находиться погребенными на протяжении миллионов лет под действием таких высоких температур.
Происхождение и скорость образования нефти
Для образования самой неочищенной нефти из соответствующего органического вещества не требуется много времени. Многие геологи, исследующие нефть, считают, что неочищенная нефть образуется в основном из растительного материала, такого как диатомовые водоросли (одноклеточные морские и пресноводные фотосинтетические организмы), и пластов угля (огромные ископаемые накопления растительного мусора). Считается, что последние являются источником большей части австралийской неочищенной нефти так как имеют ту же последовательность слоев осадочных пород, что и нефтяные коллекторные пласты.
Таким образом, например, в лабораторных условиях было показано, что умеренное нагревание бурого угля из Бассейна Джиппсленд, расположенного в штате Виктория, Австралия, с целью его быстрого и более глубокого погребения, всего за 2-5 дней приводит к образованию неочищенной нефти и природного газа, которые схожи с теми, что обнаруживаются в прибрежных коллекторных породах.
Однако так как порфирины также обнаруживаются и в крови животных, возможно, что некоторые продукты неочищенной нефти могли быть образованы из животных, которые также погреблись и окаменели во многих слоях осадочных пород. В действительности, в современных промышленных технологических установках для термической конверсии отходы животноводства, поступающие со скотобойни, всего за два часа превращаются в высококачественное масло и богатые кальцием порошковидные и эффективные жидкие удобрения, (смотрите ниже: Отходы животноводства превращаются в масло ).
Заключение
Все имеющиеся данные указывают на недавнее катастрофическое образование мировых залежей нефти из растительного и другого органического материала, что согласуется с Библейским описанием истории земли. В допотопном мире суша и водная поверхность были покрыты огромными лесами , а океаны были наполнены диатомовыми водорослями и населены другими крошечными фотосинтетическими организмами. Во время всемирного Потопа деревья были вырваны с корнем и смыты с того места, где они росли. Огромные скопления растительного материала быстро отложились в то, что со временем стало угольными пластами, а органическое вещество в целом распределилось во многих катастрофически отложенных слоях осадочной породы.
Угольные пласты и содержащие окаменелости слои осадочной породы глубоко погребались по мере протекания Потопа. В результате, температура внутри них увеличивалась достаточно быстро для того, чтобы из содержащегося в этих слоях органического вещества образовывалась нефть и природный газ. Впоследствии природный газ и нефть перемещались, пока не попали в коллекторные породы и структуры. Таким образом, они накапливались для того, чтобы образовать отложения природного газа и нефти, которые мы сегодня обнаруживаем.
Доктор Эндрю Снеллинг – доктор геологических наук из Сиднейского университета. Он является экспертом в области геологических исследований, работающий в организациях Австралии и Америки. Доктор Снеллинг является профессором института креационных исследований в городе Сантии, штат Калифорния, он также является автором многих научных статей.
Отходы животноводства превращаются в нефть
Отходы со скотобойни индюков и свиней ежедневно перевозятся на первый в мире биоочистительный завод по переработке материалов на основе термической конверсии в Карфагене, штат Миссури. В дни максимальной производительности из 270 тонн индюшачьих внутренностей и 20 тонн свиного масла изготавливается 500 бочек высококачественного горючего масла (по качеству лучше чем неочищенная нефть).
Из загрузочного ковша, находящаяся под давление трубка вдавливает отходы животноводства в большую дробилку, где они измельчаются и приобретают форму маленьких (размером с горошек) кусочков. Первичный реактор разбивает кусочки отходов под давлением и при воздействии температуры, затем давление быстро падает для того, чтобы избыток воды и минералов испарился. Эти компоненты дальше высушиваются, и из них получается богатое кальцием порошковидное удобрение.
Оставшийся концентрированный органический суп выливается во второй растворный бак, где он нагревается до температуры 500°F (260°C) и прессуется до размера 600 фунтов на квадратный дюйм (42 килограмма на квадратный сантиметр). В течение 20 минут процесс повторяет то, что происходит с мертвыми растениями и животными, которые погребены глубоко в земле в слоях осадочных пород, при этом происходит раскалывание длинных, сложных молекулярных цепей водорода и углерода в короткие молекулярные цепи масла. Далее, температура и давление падают, и жидкость проводится через центрифугу, которая отделяет оставшуюся воду от масла. Поскольку отходы животноводства содержат огромное количество азота и аминокислот, эта вода хранится для того, чтобы далее продаваться как эффективное жидкое удобрение.
Образованное масло можно смешать с более тяжелыми ископаемыми сортами нефти для повышения качества или просто для того, чтобы использовать их для питания генераторов электростанций. Хорошая новость заключается в том, что эта технология термической конверсии может также использоваться для переработки сточных вод, старых шин и смешанных пластиковых отходов. А также эта технология не требует большого потребления энергии. Всего лишь 15 процентов потенциальной энергии в исходном сырье используется для проведения всего технологического процесса, тогда как 85 процентов остается в конечных нефтепродуктах продуктах и продуктах удобрений.
