Гипотезы происхождения нефти
Гипотезы происхождения нефти были предметом спора ученыех не одно столетие. Начало ему положил великий русский ученый М.В. Ломоносов.
Гипотеза органического происхождения нефти
Еще в 1742 году М.В. Ломоносов написал книгу «Первые основания металлургии или рудных дел». Касаясь вопроса о дальнейшей судьбе растительных остатков торфа, он высказал мнение, что из него под действием высокой температуры недр со временем образуются бурые и черные каменные угли. При этом:
выгоняется подземным жаром из приготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и вступает в расселины и полости сухие и влажные, водами наполненные... И сие есть рождение жидких разного рода горючих и сухих затверделых материй, каковы суть: каменное масло, нефть, и сим подобные, которые хотя чистотой разнятся, однако из одного начала происходят.
Конечно, это еще не было спором, это была просто заготовка для спора, так называемая гипотеза органического происхождения нефти. Как и многие другие гениальные догадки Ломоносова, она практически не была замечена современниками.
Гипотезу органического происхождения нефти позже выдвигали и разрабатывали многие ученые. Ее разделили на две части: растительную и животную. Уже в 20 веке она стала казаться все более убедительной, все большее количество специалистов безоговорочно становилось на ее сторону.
Опыты сторонников органической гипотезы
Сторонники органической гипотезы понимали важность опытов и проводили их. Они брали различные сорта каменного угля и подвергали его сухой перегонке, т. е. подвергали его действию высокой температуры без доступа кислорода.
В результате получали жидкие продукты сухой перегонки, которые имели право охарактеризовать теми же словами: «по запаху, виду и реакциям совершенно такую же, как и природная нефть».
Опыты сторонников «животной гипотезы»
Опыты проводили и сторонники «животной гипотезы». Они считали, что нефть образовалась из больших скоплений морских животных. Они подвергали сухой перегонке тюлений и китовый жир, подвергая его в момент перегонки высокому давлению.
Из жира животных тоже получали нефть.
Гипотеза неорганического происхождения нефти
До самого последнего времени оставались сторонники у другой гипотезы - гипотезы неорганического происхождения нефти, выдвинутой другим великим русским ученым - Д. И. Менделеевым.
Вот что писал он более чем через 100 лет после появления ломоносовской гипотезы:
При подъеме горных хребтов должны образовываться на вершинах трещины, открытые сверху, а при подошве горы трещины, отверстые книзу... и через них вода должна получать доступ так глубоко внутрь земли, как в норме (на равнинах) быть этого не может... ...внутри земной массы находится много железа в металлическом виде... Уголь же был в том же положении... и он тоже мало летуч, а сродством к железу обладает... От взаимодействия железо и уголь должны были дать углеродистое железо, и оно должно сохраниться накаленным внутри земли. И от действия воды, особенно соленой, углеродистое железо и может дать нефть... Я обрабатывал кристаллический марганцовистый чугун (с 8 процентами углерода)... кислотою и получил жидкую смесь углеводородов, по запаху, виду и реакциям совершенно такую же, как и природная нефть.
Великий ученый отлично понимал, что единственным и важнейшим критерием любой гипотезы является опыт. Он поставил его. И был абсолютно уверен в своей правоте.
Гипотеза И.М. Губкина о происхождении нефти
С ходом времени все большее количество сторонников собирала органическая гипотеза происхождения нефти. Одним из крупных сторонников ее был академик И. М. Губкин. Гипотеза И.М. Губкина о происхождении нефти заключалась в том, что нефть образуется весьма разными способами, а исходные продукты, из которых она возникает, могут быть и растительные, и животные.
Наиболее благоприятным местом для накопления остатков животных организмов служат осадочные породы, образующиеся на дне болот, озер, лагун, заливов, морей. Дальнейшая судьба нефти зависит от конкретных условий:
- места,
- температуры в пласте,
- давления,
- состава самого пласта.
Все это, а также и многое другое определяет огромное разнообразие различных нефтей. Подобная гипотеза тоже требовала опытной проверки и подтверждения. Но ведь все проверочные опыты уже были поставлены. Было доказано, что любые органические вещества, которые попадают в осадки, состоят главным образом из жиров, белков и углеводов.
Любая из этих групп веществ может быть преобразована в углеводороды, входящие в состав нефти. Опыты, поставленные Менделеевым и сторонниками различных вариантов органической гипотезы доказывали то, каким образом можно получать нефть:
- взаимодействием раскаленных карбидов металлов и морской воды,
- сухой перегонкой каменного угля,
- сухой перегонкой тюленьего жира.
Есть еще десятки способов получения углеводородов нефти. Природа всегда честно отвечает на те вопросы, которые люди задают ей. Надо только уметь поставить вопрос. И Менделеев, и его противники ставили вопрос неправильно. И неправильно трактовали полученный ответ.
Открытия нефтяных и газовых месторождений
И. М. Губкин решил поставить вопрос по-другому. Он спрашивал: образовалась ли на нашей планете нефть в осадочных пластах мелководных древних морей? Он обратился к палеогеографии, нарисовал контуры таких морей и сказал: здесь имеет смысл провести поиски нефти, (подробнее: Природные энергоносители). Это были области, которые в те годы не считались нефтеносными.
А потом их стали именовать «второе Баку». Открытие «второго Баку» и было проверочным опытом гипотезы Губкина. И все последующие открытия нефтяных и газовых месторождений в стране были сделаны учениками Губкина на основе созданной им теории.
Так победила в споре, затянувшемся на многие десятилетия, органическая гипотеза происхождения нефти. Но сегодня она получила еще более прямые подтверждения. Их, конечно, не было во времена Ломоносова, не могло их быть и во времена Менделеева. Принесла их новейшая техника ведения эксперимента, техника второй половины 20 века.
Впрочем, даже Губкин, отнюдь не друживший с гипотезой Менделеева, еще не знал новых данных, о которых мы поведем речь. И 100 лет назад, говоря о неорганической теории, он заметил, что основные возражения она встретит у геологов. Действительно, сегодня нелепо говорить о разломах в земной коре и мантии, простирающихся на глубину в тысячи километров.
Даже значительно ближе к поверхности Земли вещество планеты приобретает в первую очередь под влиянием большого давления пластический характер, при котором любые трещины должны очень быстро свариваться, (подробнее: Строение недр Земли). Не подтверждается современной наукой и предположение о наличии в глубинах Земли карбидов металлов.
Биологические науки о нефти
Вот что говорят биологические науки о нефти. Одним из доказательств своей гипотезы Менделеев считал наличие нефти в пластах, относящихся к древнейшим временам - силурийскому и девонскому, «отвечающим эпохе, еще небогатой органикой». Но это не совсем правильно, говорят палеонтологи.
Жизнь в те времена уже существовала, и, вероятно, главным образом в виде одноклеточных существ, (подробнее: Как зарождалась жизнь в древние эры Земли). А ведь они отличаются огромной мощью самовоспроизведения. За сутки при благоприятных условиях одна живая клетка может дать потомство, способное заполнить целое море.
А потомство одной диатомеи, крохотной водоросли, за неделю может дать массу, равную массе нашей планеты. Почему такие простейшие организмы не могли быть основным материалом, из которого образовались углеводороды нефти в древних пластах Земли?
Состав нефти
О биологическом происхождении нефти свидетельствует и ее изотопный состав. Как известно, углерод имеет два изотопа. Одного содержится в воздухе почти 99 процентов, другого - чуть больше 1 процента. В живых организмах второго изотопа углерода еще меньше, чем в воздухе. Такой же дефицит изотопа и в нефти достаточно убедительно свидетельствует о ее происхождении.
И все-таки, все эти свидетельства носят скорее косвенный характер. Более прямое доказательство принесла молекулярная палеонтология. На современном уровне развития науки стало возможным по ископаемым остаткам и обломкам органических молекул, содержащихся в нефти, восстановить строение исходных молекул. Восстанавливает же обычный палеонтолог по нескольким обломкам костей облик давно вымершего животного!
Присутствие в нефти порфиринов
Почти в любой нефти можно найти порфирины. Они встречаются также в асфальтах, которые возникают в результате встречи нефти с кислородом (окисления ее). Встречаются порфирины и в ископаемом угле. Это комплексные полициклические соединения. Они могли образоваться лишь в результате распада хлорофилла и родственных им пигментов.
Как известно, хлорофилл - важнейшая составная часть растений, определяющая их космическую роль на Земле. Именно благодаря хлорофиллу вершится творение органических молекул белков, сшитых тонкими нитями солнечных лучей. Присутствие в нефти порфиринов - почти неопровержимое свидетельство их прямой связи с растениями.
В нефти удалось найти не только головки хлорофилловых молекул, но и их зигзагообразные хвосты. Принято сравнивать эти обломки молекул с отпечатками пальцев, которые преступники оставляют на месте преступления. Да и все вещества, которые могли бы образоваться при распаде хлорофилла, были обнаружены в нефти.
Можно сказать, что ученые нашли в нефти не отдельные косточки и обломки костей ископаемого, а его полный, никем не поврежденный скелет. Это, конечно, облегчило их работу и сделало неопровержимым их вывод.
Углеводороды в составе нефти
В нефти удалось обнаружить и углеводороды, возникшие в итоге распада стероидов - органических веществ, характерных для живых и растительных организмов. Представителем их может быть известный многим холестерин. Тот самый холестерин, который совсем недавно многие медики считали прямой причиной инфарктов и других сердечно-сосудистых заболеваний и количество которого в крови старались уменьшить.
Некоторые углеводороды переходят в состав нефти без малейших изменений. Обнаружение в нефти любого углеводорода, являющегося результатом распада природных органических соединений, всегда можно было бы объяснить случайными причинами. Но когда таких обломков сотни и тысячи, когда по существу вся нефть состоит только из них, надо, видимо, считать вопрос о происхождении нефти решенным.
Возникнуть в результате взаимодействия морской воды с карбидами металлов столь сложные молекулы не могли ни в коем случае. Но не стоит отказываться от гипотезы Менделеев после того, как однозначно решен вопрос о происхождении земной нефти. Русский ученый Н. Соколов еще в конце 19 столетия высказал интересную гипотезу о космическом распространении нефти.
Наличие соединений углерода с водородом в атмосферах планет, в некоторых метеоритах, в кометных хвостах, просто в межзвездном газе свидетельствует о широком распространении этого вида соединений не только в пространстве нашей солнечной системы, а и еще шире - в нашей Галактике.
Почему же не может быть на планетах и спутниках планет солнечной системы встречи воды с карбидами металлов, которая бы завершилась образованием нефти? Всем известен сероватый камень - карбид кальция. Его часто используют для освещения с помощью карбидных ламп и для газовой сварки. В карбидных лампах на кусок карбида кальция капает вода, и в результате идущей реакции выделяется ацетилен.
Ацетилен - один из углеводородов. Он, конечно, может входить в состав нефти, но не типичен для нее. Углеводы нефти имеют, как правило, более длинные и более запутанные, ветвистые цепи молекул.
И пусть нефть, которую получил Менделеев, очень не похожа на природную. Все равно вряд ли откажутся от нее космонавты, наткнувшись на ее месторождение, например, на одном из спутников Юпитера! Последние опыты проведенные учеными подтвердили органическое происхождение земной нефти.
Вместе с тем они не опровергли другие гипотезы происхождения нефти, например возможность неорганического пути образования нефти, на котором настаивал Менделеев. Природа отвечает только на те вопросы, которые ей задают. Поэтому надо спросит у нее есть ли что-либо, подобное нефти, на других небесных телах?