Задумывались ли вы когда-нибудь об этом? В геологическом сообществе еще в прошлом веке не утихали споры о происхождении нефти. Ученые поделились на 2 лагеря: одни отстаивали неорганическую концепцию, а вторые, соответственно, органическую. К настоящему времени биогенное происхождение доказано экспериментально: в нефти обнаружено множество биомаркеров — соединений, которые унаследовали структуру органических молекул. Практически все геологи стали ��ридерживаться органической теории происхождения нефти. Но из кого же образовалось столько нефти, ведь на данный момент ее запасы составляют более 250 миллиардов тонн? Неужели здесь замешаны огромные динозавры? Попробуем с этим разобраться.
Нефть, как и все углеводороды, является звеном глобального круговорота углерода, но выступает в роли консерванта. То есть она временно выпадает из общего круговорота, в то время как остальной углерод органического происхождения постоянно перемещается между оболочками земли и живыми организмами. Изначально выделяющийся растениями в процессе фотосинтеза, он перемещается от организма к организму в пищевых цепях и выделяется обратно в форме углекислого газа в атмосферу во время дыхания или при разложении отмершей органики.
Все органические соединения при доступе кислорода пытаются сгореть, то есть, углерод переходит в диоксид углерода, при этом лишь изредка в форме согревающего пламени костра, бензина или напалма. Чтобы «выжить», органическому веществу необходимо быть наиболее устойчивым или поскорее оказаться в бескислородных условиях.
Если же ему удалось попасть в благоприятные условия в земной коре, то из него образуются горючие ископаемые, но какие именно, будет зависеть от исходного вещества. Из высшей растительности (мхов, хвощей, папоротников, различных семенных) на суше в болотах образуется торф, который в последующем превращается в уголь. В морских условиях остатки высшей растительности после преобразований в горных породах на глубинах 2-4 км от дна водоема или суши сгенерируют природный газ. Для образования же нефти необходимо, чтобы исходным органическим веществом выступали представители низшей растительности – фитопланктон, бактерии, реже зоопланктон.
В их состав входит повышенное содержание липидов и жиров, которые наиболее устойчивы и по своей структуре приближены к углеводородам нефти. В настоящее время главными источниками живого вещества для образования нефти являются диатомовые водоросли, динофлагелляты и цианобактерии (синезеленые водоросли), которые повсеместно обитают в приповерхностном слое морей и океанов.
Главной особенностью низшей растительности является её очень высокая биопродуктивность, то есть скорость генерации биомассы за единицу времени. Низшая растительность составляет всего 0,2% от общемировой биомассы растений нашей планеты, но именно на нее приходится 60% годовой продукции. Однако практически вся морская биомасса сосредоточена в верхнем освещенном слое воды – эуфотическом слое, а объем планктонной биомассы зависит прежде всего от количества питательных веществ, газового состава вод, температуры и солености.
Быстро отмирая, организмы постепенно погружаются на дно. Уже в толще воды их белки и углеводы расщепляются до аминокислот и сахаров, идет процесс активного окисления и разрушения молекул, поэтому мелководные бассейны предпочтительнее для сохранности органического вещества. Важнейшим фактором, защищающим вещество от губительного кислорода, выступает размер минеральных частиц, образующих осадок, в котором захоранивается биомасса. Чем они мельче, тем лучше сохранится органика.
Малый размер тонких глинистых чешуек способствует увеличению площади, на которой может концентрироваться и удерживаться органическое вещество. В последующем эти чешуйки соединятся (сцементируются), и между ними останется множество очень маленьких несвязанных между собой пор, частично заполненных живым веществом. Это позволит прекратить доступ кислорода из водной толщи, а значит, спасет от окисления.
Напротив, в песчаниках повсеместно встречается огромное количество пор, в которых свободно циркулирует вода, окисляя накопившиеся органическое вещество до углекислого газа, из-за чего в песчаниках не образуется нефть. Хоть в мировом океане органического вещества образуется больше, чем привносится обломков горных пород с суши, но в осадке в среднем доля органического вещества составляет менее 0,5%. Поэтому нефть формируется только в тех слоях осадочных горных пород, во время образования которых существовали благоприятные условия для жизни (глубина, количество пищи, освещенность и т.д.), при этом сток твёрдых частичек минералов был минимальным, а при захоронении органическое вещество смогло избежать губительного окисления.
Но образование нефти произойдет несколько позже, на относительно большей глубине (2-4 км) и только после того, как выше этого слоя образуется новый осадок, а температура превысит 60 °C. До этого рыхлым морским отложениям предстоит трансформироваться в горную породу: область такого превращения называют зоной диагенеза. В ней выделяется две части: верхняя, обладающая окислительной обстановкой в условиях доступа свободного кислорода, и нижняя, которой соответствует анаэробная восстановительная среда.
Главными агентами разрушения органического вещества в двух зонах выступают аэробные и анаэробные бактерии. Первые окисляют вещество до углекислого газа с выделением воды, а вторые — до метана, воды и водорода, который будет очень важен в последующих процессах. В условиях диагенеза уже изменяются и наиболее стойкие группы — липиды. В результате органические вещества в нефтегазоматеринской породе преобразуются в гумин, который в последующем трансформируется в нерастворимую часть органических вещества — кероген.
В геохимии горючих ископаемых выделяют 3 типа керогена по атомарным отношениям водорода и кислорода к углероду. Нефть формируется из керогена с повышенным содержанием водорода. Такими являются керогены I и II типа, которые образованы преимущественно или полностью из органического вещества низшей растительности.
Если в горной породе к моменту попадания в главную зону нефтеобразования (температуры 60-180 °C) содержание органического углерода, представленного в породе в виде растворимых и нерастворимых веществ, превышает 0,2 %, то такая порода сможет произвести нефть. В пределах этой зоны происходят процессы химического преобразования керогена, из него выделяются растворимые группы органических соединений: масла, смолы и асфальтены. В результате их смешения и растворения в пустоты между минеральными частицами и керогеном выделяется микронефть, которая по своему составу и свойствам наиболее приближена к нефти, добываемой людьми из земных недр. Совместно с водой микронефть разорвет горную породу и по образовавшимся трещинам начнет перемещаться в верхние слои. И уже в местах скопления, или залежах, микронефть превратится в нефть.
Обобщая вышесказанное, можно заключить, что, разумеется, идея об образовании нефти из огромных динозавров несостоятельна. Своему появлению она обязана огромному множеству мельчайших обитателей верхнего слоя мирового океана, отвоевавших углекислый газ, в совокупности с удачным стечением обстоятельств, которые позволили их остаткам выжить в агрессивной среде.
Автор: Сергей Вахрамеев
