Американские исследователи открыли микроводоросль, давшую «начало» всем нынешним запасам нефти и угля. Специалисты из США убеждены, что именно обнаруженная ими микроводоросль и явилась причиной накопления этих ресурсов

Группа экспертов во главе с профессором Джо Чапелом из Университета штата Кентукки в США отыскала микроорганизм, ставший основой основ абсолютно всех запасов угля и нефти на Земле. Сейчас исследователи трудятся над генетической модификацией новообнаруженного микроорганизма, способного стать настоящим источником топлива и решить все будущие энергетические проблемы человечества.

Прежде ученые выяснили, что уголь и нефть образовались как результат жизнедеятельности микроорганизмов, живших на Земле свыше 500 млн лет тому назад. И совсем недавно команда американских исследователей установила, что всего один организм явился самой непосредственной причиной возникновения и накопления этих важных природных ресурсов. Специалисты выяснили, что это микроводоросль под названием Botryococcus braunii, имеющая химические «отпечатки» во всех видах нефти. Так как в ходе продолжительного времени нефть в итоге становится углем, водоросль B.braunii является также источником и этого твердого топлива.

«Но еще более интригующим фактом получается то, что эта удивительная водоросль существует по сей день и вполне может стать главной целью исследований для крупной химической и нефтехимической индустрий»,- отмечает Джо Чапел.

Несмотря на очевидный колоссальный «труд» по формированию нынешних нефте-угольных запасов, B.braunii, увы, растет довольно медленно, в связи с чем в своем естественном виде она не сильно пригодна в качестве прямого источника для создания запасов биотоплива. Но специалисты могут применить гены B.braunii при создании альтернативных микроорганизмов, которые могут оказаться способными к эффективному и быстрому биосинтезу углеводородов.

Сегодня уже имеются весьма удачные примеры выделения нужных генов, которые характеризуются высокой биохимической активностью, и принудительного внедрения их в геном дрожжей. В результате чего выходят в общем-то неприхотливые живые источники биотоплива, которые в будущем способны стать возобновляемой альтернативой классической методе добычи нефти.

По словам ученых, использование генов B.braunii несет в себе громадные преимущества, поскольку данный микроорганизм обладает уникальным молекулярным механизмом для производства углеводородного сырья. И надо сказать, что аналогичными качествами не наделена ни одна известная бактерия, что, в общем-то, и подтверждается колоссальными запасами угля и нефти, которые много миллионов лет тому назад начала создавать B.braunii. По заверениям экспертов, перенос уникальных генов водоросли Botryococcus braunii в быстрорастущий и не очень прихотливый организм даст возможность создавать недорогие и высокоэффективные биореакторы, которые производят топливо.

Прогнозы

Считается, что глобальный экономический рост, а также морозная зима в северном полушарии повысят спрос на нефть в текущем году, который превысит ожидания многих экспертов и представителей бизнеса. Об этом сообщает Международное энергетическое агентство (МЭА).

По прогнозам этого агентства, объем спроса на нефть должен достичь 89,1 миллиона баррелей в сутки в сравнении с 87,7 миллиона баррелей в сутки в прошлом году.

МЭА предупреждает, что завышенная на сегодняшний день цена на нефть способна спровоцировать замедление в восстановлении глобальной экономики. Помимо того, МЭА информирует о том, что производители нефти, инвесторы, а также потребители могут ощутимо пострадать в случае, если цена на нефть станет удерживаться на уровне примерно 100 долларов США за один баррель.

Нефть никогда не закончится?

Несколько десятилетий назад геологи полагали, что запасы газа и нефти должны были закончиться на Земле уже не один раз. Последние же данные заставляют ученых уточнить, что запасов углеводородов на нашей родной планете хватит, по всей вероятности, еще аж на полстолетия. Речь при этом, разумеется, идет об углеводородах органического происхождения.

Между тем недавние опыты в Института физики высоких давлений РАН в городе Троицке продемонстрировали, что наша Земля может давать нефть и газ беспрерывно. Углерода в верхней мантии очень много, говорят российские специалисты, часто он выходит на поверхность — скажем, в виде алмазов посредством кимберлитовых трубок.

Как объясняют отечественные ученые, в земных недрах идет постоянный перенос массы, перенос тепла. А это означает, что породы и различные вещества, которые присутствуют в мантии нашей планеты, способны к неисчерпаемому воспроизводству углеводородов, включая нефть.

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.

Образование нефти согласно биогенной теории

Объемы добычи нефти на месторождении «Белый тигр» на морском шельфе Вьетнама превзошли самые оптимистичные прогнозы геологов и внушили многим нефтяникам надежду, что на больших глубинах хранятся громадные запасы «черного золота»

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

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…»

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

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

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».

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…

Нефть - жидкий горючий минерал, который встречается в осадочных породах Земли . Состав нефти представляет собой сложную смесь многих сотен различных углеводородов и соединений, содержащих помимо углерода и водорода разные количества серы, азота, кислорода и металлов. По внешнему виду нефть - маслянистая жидкость от темного до светлого цвета в зависимости от содержания в ней смолистых веществ. Она легче воды, практически не растворима в ней, ее относительная плотность обычно от 0,80 до 0,92. Вязкость нефти значительно выше, чем воды. Температура кипения составляющих нефть разных углеводородов и фракций изменяется от 40-50 °С до высоких температур (вплоть до 500-600 °С). Свое название нефть получила от персидского слова «нафата», что означает «просачивающаяся, вытекающая». Появление нефти на Земле до сих пор остается темой непрекращающихся научных дискуссий (в основном двух взаимоисключающих гипотез - ее органического и неорганического происхождения).

Согласно гипотезе неорганического происхождения нефти (абиогенная гипотеза) углеводороды образовались в результате превращения неорганических соединений. Еще в 1805 г. немецкий ученый А. Гумбольдт утверждал, что нефть происходит из примитивных горных пород, под которыми покоится энергия всех вулканических явлений. В 1876 г. французский химик М. Бер-тло, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ, высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных соединений.

В 1876 г. русский ученый Д. И. Менделеев изложил свою «карбидную» гипотезу образования нефти, согласно которой вода, просачиваясь в недра Земли и взаимодействуя с карбидами металлов, в частности железа, под воздействием высоких температур и давления образует углеводороды и соответствующие оксиды металлов. Подтверждением абиогенной теории служили опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов при воздействии серной кислоты (H2S04) на чугун, содержащий значительные количества углерода. В 1878 г. французские ученые, обрабатывая соляной кислотой (НС1) зеркальный чугун и водяными парами железо при белом калении, получили водород и углеводороды, которые даже по запаху напоминали нефть.

Значительный вклад в развитие гипотезы о неорганическом происхождении нефти внес известный ленинградский геолог-нефтяник Н. А. Кудрявцев. В 1950-е годы, обобщив огромный геологический материал о нефтяных и газовых месторождениях мира, он создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти, по которой в мантии Земли при высоких температуре и давлении из углерода и водорода сначала образуются углеводородные радикалы, которые, поднимаясь в слои земной коры (в области более низких температур и давлений), взаимодействуют друг с другом и с водородом, превращаясь в нефть. Перемещаясь как вертикально, так и горизонтально в породе по трещинам, образовавшаяся нефть скапливается в ловушках не только в верхних слоях Земли, но и в глубине. Эти представления Н. А. Кудрявцева подтверждаются все большей глубиной (более 10 км) бурения нефтяных скважин.

Но «карбидная» гипотеза не объясняет появления всех углеводородов разнообразного строения, которые имеются в нефти. Наряду с вулканической гипотезой происхождения нефти русский геолог В. Д. Соколов в 1889 г. выдвинул космическую теорию, согласно которой газовый сгусток постепенно переходил в жидкую фазу, а содержащиеся в нем углеводороды (соединения углерода с водородом) растворялись в жидкой магме, превращающейся по мере охлаждения в твердую земную кору, по трещинам в которой углеводороды поднимались в верхние ее слои, образуя скопления нефти и газа.

Уже в наше время, объединив вулканическую и космическую гипотезы в единое целое, новосибирский исследователь В. А. Сальников предположил, что в результате столкновения спутника с Землей активизировалась вулканическая и горообразовательная деятельность. Миллиарды тонн вулканического пепла и грязевые потоки завалили в глубоких недрах Земли принесенные из космоса углеводороды, где под действием высоких температур и давлений они превратились в нефть и газ.

Сущность органической гипотезы происхождения нефти заключается в том, что нефть и газ появились из органического вещества, которое первоначально было в рассеянном состоянии в осадочных породах. Предполагается, что таким органическим веществом были отмершие остатки микрофлоры и микрофауны (планктон и др.), развивавшиеся в морской воде, к которым примешивались остатки животного и растительного мира. Основные процессы преобразования погребенного в осадочных породах органического вещества происходили после погружения на значительные глубины, где под воздействием высоких температур и давлений, а также из-за каталитического действия горных пород органическое вещество превращалось в углеводороды нефти. На это потребовались сотни (около 570) миллионов лет, что, однако, составляет всего около 10 % истории Земли. Еще в 1888 г. немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер получили предельные углеводороды, парафин и смазочные масла при перегонке рыбьего жира при температуре 400 °С и давлении порядка 1 МПа.

В 1919 г. русский ученый академик Н. Д. Зелинский при переработке органического ила растительного происхождения (сапропель из озера Балхаш) получил бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан.

Академик И. М. Губкин в своей книге «Учение о нефти» (1932 г.) в качестве исходного вещества для образования нефти также рассматривал сапропель - битуминозный ил растительно-животного происхождения. Пласты, обогащенные органическими остатками, перекрываются более молодыми отложениями, предохраняющими ил от окисления кислородом воздуха с последующим его превращением под воздействием анаэробных бактерий. В пласте по мере тектонических перемещений его в глубину возрастают температура и давление, что приводит к преобразованию органики в нефть. Взгляды И. М. Губкина на образование нефти лежат в основе современной гипотезы ее биогенного происхождения, согласно которой процесс формирования нефтяных месторождений включает в качестве основных стадии осадконакопления и преобразования органических остатков в нефть.

Член-корреспондент АН СССР А. А. Воробьев выдвинул предположение, что кроме температуры и давления в природных процессах участвует и электричество. Так, метан, выделяющийся из органических соединений под воздействием электрического разряда, возникающего при контакте горных пород в ходе тектонических процессов, превращается в ацетилен, этилен и другие углеводороды, входящие в состав нефти.

Основоположник современной геохимии нефти академик В. И. Вернадский в начале XX в. также придерживался биогенной гипотезы происхождения нефти: «Организмы, несомненно, являются исходным веществом нефтей». Согласно гипотезе, высказанной В. И. Вернадским, в строении нефти, газа, каменного угля и других пород участвуют углерод и его соединения , которые являются частью глобальной геохимической системы круговорота

в земной коре (рис. 1.1). Основным из этих соединений является диоксид углерода (С02), содержание которого в атмосфере оценивается в 4 10й т. При этом ежегодно в результате фотосинтеза и выветривания из атмосферы поглощается более 8 108 т С02. То есть в отсутствие кругооборота углерод за тысячи лет мог бы полностью исчезнуть из атмосферы и быть «захороненным» в горных породах, где запасы С02 примерно в 500 раз больше, чем в атмосфере.

Метан (СН4) также является переносчиком углерода, а его содержание в атмосфере составляет 5 109 т. Однако из атмосферы часть СН4 попадает в стратосферу и далее в космическое пространство. Кроме того, метан расходуется и в результате фотохимических превращений. Если учесть, что продолжительность существования молекулы СН4 в атмосфере около 5 лет, то для того чтобы пополнить его запасы, в атмосферу ежегодно должно поступать около 109 т метана из подземных запасов в виде метанового испарения или «газового дыхания Земли».

В настоящее время источниками поступления углерода считаются мантия Земли при извержении вулканов и дегазация недр за счет «газового дыхания» планеты. При этом пополнение углеродных запасов происходит в результате затягивания осадков океанической породы в мантию при надвигании плит друг на друга. В значительно меньшей степени (Ю“10 от общего количества ежегодно «складируемого») углерод поставляется вместе с метеоритным веществом из космического пространства.

Об органическом происхождении нефти и газа образно пишет профессор МГУ Б. А. Соколов: «Нефть - результат физико-химических реакций при столкновении двух противоположных движущихся потоков: опускающейся органоминеральной волны осадочных слоев, содержащих органическое вещество и испытывающих катагенетические превращения, с одной стороны, и поднимающейся флюидной, осуществляющей тепломассоперенос из недр Земли к ее поверхности - с другой».

Большинство белорусских ученых (академик Национальной академии наук Беларуси и Российской академии наук Р. Г. Гарецкий, члены-корреспонденты НАН Беларуси Р. Е. Айзберг и А. В. Кудельский) связывают генезис нефти и природного газа с органической (осадочно-миграционной) теорией. Их позиция обусловлена тем, что почти все известные скопления нефти и углеводородных газов приурочены к осадочным толщам и районам развития так называемых нефтегазоматеринских (нефтегазогенерирующих) комплексов. Отмечается очень большое сходство большинства органических соединений, обнаруженных в осадочных породах, с углеводородами, составляющими основную массу нефти, при этом показано, что в составе нефти органическое вещество имеет биогенное происхождение. В соответствии с осадочно-миграционной теорией нефтегазоность недр является историческим явлением. Она зависит от количества и качества органического вещества генерационных пород, интенсивности их погружения на большие глуби-ны (2-10 км и более) в условиях нарастающей высокотемпературной среды (от 60-80 до 150-200 °С).

В связи с этим все поисково-разведочные работы по обнаружению новых месторождений нефти и газа на территории Беларуси основаны на концепции их органического происхождения.

В то же время, по мнению академика Р. Г. Гарецкого, выявленные случаи нахождения нефтепроявлений в кристаллических или изверженных породах (если они не связаны с перетоком из осадочных толщ) могут быть свидетельством возможности генезиса нефти и нафтидов и неорганическим (абиогенным) путем. Но такие нафтидопроявления несоизмеримо более редки, чем нефтепроявления в осадочных комплексах.

Белорусский ученый, член-корреспондент НАН Беларуси Ю. М. Плеска-чевский в конце 1980-х годов предложил радиационно-химическую гипотезу генезиса нефти, которая основана на известных явлениях взаимодействия ионизирующих излучений с веществом. Согласно этой гипотезе, нефть образуется как из органического вещества осадочной толщи, так и из углеродистых газов глубинного и сверхглубинного происхождения. Под влиянием естественной радиации земных пород газы мантийного (абиогенного) происхождения, такие как метан и низкомолекулярные углеводороды, присутствующие и в продуктах деструкции органических веществ, «захороненных» в осадках, т. е. биогенного происхождения, полимеризуются и превращаются затем в нефть. При этом глубина этих превращений в значительной мере определяется поглощенной дозой радиации, которая и обусловливает образование различной по составу и вязкости нефти.

В пользу радиационно-химической гипотезы образования нефти свидетельствует присутствие в ней природных радиоактивных веществ: урана, тория и т.п., а также соединений ванадия (концентрация которого в тяжелых

Существуют в основном две теории происхождения нефти и газа - органическая (осадочно-миграционная) и неорганическая (абиогенная). Следует сразу отметить, что подавляющее большинство ученых и геологов-нефтяников, которые практически осуществляют поиски нефти и газа, стоят на позициях теории органического происхождения нефти. Однако отдельные ученые нашей страны отстаивают положения абиогенного генезиса нефти.

Основа теории неорганического происхождения нефти и газа была заложена в 1877 г. великим русским ученым Д. И. Менделеевым.

Д. И. Менделеев полагал, что углеводороды образуются глубоко в недрах Земли при взаимодействии карбидов тяжелых металлов с водой, поступающей с поверхности по разломам. Затем под давлением перегретого пара смесь этих углеводородов поднимается по тем же разломам в верхнюю часть земной коры. Здесь господствуют пониженные давления и значительно меньшие температуры, поэтому газообразные углеводороды конденсируются и образуют скопления.

Наиболее веские возражения против карбидной теории Д. И. Менделеева высказал И. М. Губкин. Во-первых, в земной коре отсутствуют разломы, проникающие в мантию и даже ядро на глубину 2900 км; во-вторых, не доказано, что в глубинных породах содержатся карбиды металлов.

Против неорганического происхождения углеводородов свидетельствуют также биологические и химические факторы. Таких аргументированных возражений много.

Н. Б. Вассоевич приводит веский довод в пользу биологического происхождения соединений углерода, содержащихся в древнейших породах. Он указывает, что в природе существуют два изотопа углерода - 12 С и 13 С, причем в живых организмах изотопа 13 С меньше, чем в минералах. Дефицит изотопа 13 С в нефти однозначно решает вопрос о ее связи с живой природой.

А. И. Кравцов полагает, что нефть могла образоваться из метана, но сам метан возник в результате не распада органического вещества животного происхождения, а синтеза из водорода и окиси или двуокиси углерода, поступающих из подкоровых глубин Земли по глубинным разломам, которые прослеживаются до мантии. Далее А. И. Кравцов приводит данные о том, что в течение всей истории Земли вулканическая активность в среднем равнялась современной, и дает следующий пример. За 83 млн. лет на поверхность только на Курильских островах было вынесено 9,0*10 19 т Н 2 , 2,7*10 11 т СО, 2,7*10 11 т СН 4 , 9,0*10 14 т СО 2 . Затем он высказывает положение, что молекулы метана способны полимеризоваться в тяжелые углеводороды при каталитическом действии силикатов, а также окислов железа и никеля, содержащихся в горных породах. По предположению этого же ученого, большая часть первоначальных скоплений углеводородов представлена главным образом метаном и его легкими гомологами - "сухим газом", постепенно переходящим в конденсат, состоящий из "жидкого газа"; последний затем превращается в легкие бензиновые нефти, которые в дальнейшем, при соответствующих термодинамических условиях, становятся все тяжелее и тяжелее, пока не превратятся в битумы. Отсюда делается вывод о том, что газовые и нефтяные регионы следует связывать не с осадочными бассейнами, а с зонами глубинных разломов, проникающих в мантию и способствующих выделению из нее газов.

Таковы современные представления одного из сторонников неорганического (абиогенного) происхождения нефти и газа.

Теория органического происхождения нефти успешно развивалась И. М. Губкиным. Согласно его воззрениям, исходным материалом для образования нефти являются жиры, воск и другие соединения, а углей - лигнин, клетчатка и др. В окислительной обстановке (при доступе кислорода) органическое вещество преобразуется в угли, а в восстановительной обстановке - в нефтяные углеводороды.

В последние годы проблемой происхождения нефти успешно занимаются многие ученые. Особый интерес представляет теория Н. Б. Вассоевича об осадочно-миграционном ее образовании. По мнению автора этой теории, нефть образуется в осадочных породах в виде равномерно рассеянного битуминозного вещества, которое именуется им микронефтью, из планктона, содержащего жировые вещества. Общее содержание рассеянных углеводородов в континентальном секторе стратисферы составляет примерно (70÷80) 10 12 м. В дальнейшем по мере увеличения глубины залегания материнских осадочных толщ происходит "созревание" микронефти. Основными факторами, стимулирующими этот процесс, являются температура, время ее воздействия и давление. Главная фаза нефтеобразования характеризуется температурным диапазоном 60-150°С и давлением от 15 до 45 МПа. Такие условия обычно наблюдаются на глубине 1500-5000 м. В период главной фазы не только образуются жидкие углеводороды, но и создаются условия их эмиграции из нефтематеринских пород.

По И. О. Броду и Н. Б. Вассоевичу, нефтегазоносные области представляют собой депрессии в земной коре, которые принято называть осадочно-породными бассейнами. Эти бассейны формировались в течение миллионов и десятков миллионов лет. Н. Б. Вассоевич и другие ученые указывают, что площади таких впадин достигают многих тысяч и даже сотен тысяч квадратных километров, а объемы заполняющих их пород составляют от n10 3 до n10 6 км 3 . Вот такие бассейны и являются родиной нефти.

Попутно с нефтеобразованием происходит процесс генерации углеводородных газов.

Разведочные работы, осуществляемые в осадочных бассейнах на материках, ежегодно обеспечивают прирост запасов нефти и газа. Нефть и газ таятся на дне морей, в осадочных бассейнах, развитых почти повсеместно в зоне шельфа (и континентального склона) вокруг материков.

Подводя итоги обсуждения вопроса о происхождении нефти и газа, следует подчеркнуть, что основным источником их образования является углеродистое вещество, захороненное в осадочных горных породах. В настоящее время по этому вопросу накоплен большой, убедительный и тщательно проверенный фактический и экспериментальный материал.

Таким образом, теория органического, или осадочно-миграционного, происхождения нефти и газа является наиболее приемлемой. При прогнозах нефтегазоносности недр и при осуществлении поисков нефти и газа геологи обычно руководствуются изложенной выше теорией.

Нефть – топливная основа современной цивилизации. Продукты, образующиеся путём переработки, используются для отопления, приведения в движение транспортных средств, покрытия дорог, производства полимеров, и для множества других процессов, каждый из которых является неотъемлемой частью жизненного уклада человечества.

Проблема исчерпаемости запасов нефти привела к многочисленным научным дискуссиям о её происхождении и веществах, участвующих в её образовании. Необходимость объяснения процесса генеза нефти расколола научное сообщество на два непримиримых лагеря:

• сторонников биогенной теории;
• приверженцев абиогенного пути образования.

Более оптимистичной для человечества считается абиогенная теория. Её сторонники утверждают, что самый распространённый углеводород на нашей планете образуется путём геологического синтеза двух его неорганических компонентов: водорода и углерода. Их соединение инициируется большим давлением в подземных толщах, и проистекает в сроки, измеряемые десятками тысяч лет.

Но даже если этот сценарий когда-либо будет доказан, он не делает судьбу человеческой расы более простой: момент изобретения, легшего в основу колеса, и создание первого портативного компьютера разделяет меньше 5 тысяч лет. А для образования существенных нефтяных пластов необходимо никак не меньше нескольких десятков, а то и сотен тысяч лет.

Одним из именитых деятелей науки, разделявших теорию, является Михаил Ломоносов. Наряду с нашими современниками, он считал, что изведанные запасы нефти, лежащие относительно близко к поверхности – лишь микроскопическая часть планетарных запасов.

Современные последователи полагают, что нефть, образующаяся в природе, не только восполняемый, но и практически неисчерпаемых при любых объёмах потребления ресурс.

Одним из доказательств возможности синтеза нефти в природе является наличие углеводородов в атмосфере планет-газовых гигантов (в частности, Юпитера). Данное обстоятельство подтверждает возможность образования простейших органических веществ из природной неорганики.

Абиогенная теория: как образуется нефть?

Приверженцы объясняют зарождение «чёрного золота» как результат процессов переработки биомассы – останков древних растений и животных, существовавших на планете миллионы лет назад. Есть куда больше доказательств, чем у противоположной.

Одним из первых доказательств стал эксперимент, проведённый немецкими естествоиспытателями еще в конце XIX века. Энглер и Гефер взяли за материальную основу эксперимента липиды животного происхождения (жир, выделенный из печени трески), и путём воздействия на него высоких температур и давления, многократно превышающего атмосферное, выделили из него лёгкие органические фракции.

В пользу этой теории образования нефти в природе говорит ещё немало экспериментов и лабораторных исследований. Также геологические изыскания и прогнозирование залегания нефтяных пластов основываются на положениях исключительно этой теории.

Необъяснимые события

Существует ряд месторождений, самим фактом своего существования опровергающие основные положения абиогенной теории происхождения нефти в природе. К ним относятся:

• Терско-Сунженское;
• Ромашкинское;
• Западно-Сибирская нефтегазоносная провинция.

В разное время на этих участках наблюдались необъяснимые «восполнения» нефти. Сущность удивительных событий состояла в том, что доступные методы анализа пластов констатировали их исчерпанность, скважины демонстрировали практически полную остановку нефтедобычи, однако, спустя несколько лет каждое снова показало наличие доступной к добыче нефти.

Геологи прогнозировали добычи в Ромашкинском месторождении чуть больше 700 млн. т. Чёрного золота, но за один только советский период нефтедобычи было простым способом извлечено не менее 3 млрд т.

Терско-Сунженское месторождение было исчерпано ещё к началу Второй мировой войны, когда на нём вот уже более 10 лет не осуществлялась нефтедобыча «фонтанным». Однако, уже по окончанию войны, изведанные скважины получили будто бы новые запасы: добыча не только возобновилась, но стала на порядки превышать довоенные объёмы.

Сходная ситуация наблюдалась на многих месторождениях СССР. Сторонники неорганического образования нефти в природе легко объяснили эти случаи, указав на то, что на этих участках углеводороды имеют неорганическое происхождение. Причём образование их существенно катализировано наличием в земных глубинах тяжёлых графитов и затеканий осадочных вод, что под воздействием колоссального давления порождает ускоренное формирование нефти.

По утверждению учёных, значительная часть территории Западно-Сибирской равнины была покрыта водами древнего моря. Природное происхождение нефти на этом участке подвергается критике и обструкции, но минеральное образование метана, не вызванное процессами гниения органики, находит массу сторонников. С помощью процесса, носящего название гидратации, соли железа взаимодействовали с морской водой, порождая выделение метана. Он скапливался в природных резервуарах, оставаясь там даже после осушения моря и дойдя до наших дней в первозданном виде, естественно образовываясь в природе.

Выводы и прогнозы

Какой бы путь образования природной нефти не получил неопровержимые доказательства, человеческой цивилизации это поможет довольно слабо. Человеческая память, архивное протоколирование наблюдений и научных изысканий с трудом охватывают периоды в сотни или тысячи лет, не говоря о миллионах.

Рассуждать же о возможном наступлении топливного кризиса как минимум неразумно: человечество стремительно осваивает альтернативные источники энергии, замещает устаревающие технологии новыми, модернизирует процессы разведки и добычи уже известных ресурсов. Ни один из современных прогнозов не имеет под собой более устойчивой основы, чем наблюдение за природой и сопоставление фактов, анализ наблюдений и исторических архивов. Охватить одним исследованием всевозможные случаи, выбивающиеся за рамки представлений одной из теорий, сопоставить их и привести к единому знаменателю – идея скорее амбициозная, чем реально достижимая. Поэтому вопрос: «Как же образуется в природе нефть?» может ещё долго оставаться в статусе открытого.

А до тех пор, нефть, ключевое по значимости топливо на нашей планете, будет и впредь оставаться предметом научных споров и источником многочисленных загадок.