Происхождение нефти

Версии и гипотезы о происхождении нефти начали появляться еще с древнейших времен и в самом разном варианте. Были среди них и весьма курьезные.

Так, например, в XVIII веке один варшавский каноник утверждал, что Земля в райский период была настолько плодородна, что была пропитана жиром на большую глубину. После грехопадения Адама и Евы этот жир частично испарился, а частично погрузился в землю, смешиваясь с различными веществами. Произошедший впоследствии Всемирный Потоп способствовал превращению этого жира в нефть.

А авторитетный в свое время немецкий геолог-нефтяник Г.Гефер рассказывал об одном американском нефтепромышленнике конца XIX века, который полагал, что нефть возникла из мочи китов, скапливавшейся на дне полярных морей, откуда по подземным каналам она проникла в другие регионы…

В целом уже даже саму историю представлений о происхождении нефти ныне делят аж на пять этапов.

Но мы не будем забивать голову читателю излишними данными об этой, хоть и увлекательной, но совершенно излишней для нас истории, и остановимся только на ключевых моментах противостояния двух глобальных подходов – версии органического (хотя точнее и правильнее будет употреблять термин «биологического») происхождения нефти и версии ее абиогенного (то есть небиологического) происхождения.

* * *

Чаще всего истоки версии биологического происхождения нефти связывают с именем М.Ломоносова, который в середине XVIII века в своем трактате «О слоях земных» писал:

Однако Ломоносов был далеко не первым на этом пути. Еще в начале того же XVIII века немецкий ученый П.Генкель высказывал мнение, что нефть образуется из остатков животных и растений. А немецкий химик К.Райхенбах в 1834 году осуществил перегонку каменного угля с водой и получил 0,0003% масла, очень похожего  на скипидар и на нефть Италии. На основании этого он предположил, что нефть

В следующем XIX веке среди ученых были распространены в основном идеи, близкие к представлениям Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг исходного материала – животные или растения послужили «началом» для образования нефти…

Но тогда же появились и сторонники совсем иного – абиогенного подхода.

Впервые идея о минеральном происхождении нефти была высказана в 1805 году известным ученым и путешественником Александром Гумбольдтом.

В 1866 году французский химик М.Бертло выдвинул предположение, что нефть образуется в недрах Земли при воздействии углекислоты на щелочные металлы. А французский химик Г.Биассон в 1871 году высказал идею о происхождении нефти путем взаимодействия воды, CO² и H²S с раскаленным железом. Эксперименты по неорганическому синтезу углеводородов, проведенные этими исследователями, в значительной степени способствовали развитию гипотезы минерального происхождения нефти.

В 1877 году ранее придерживавшийся представлений о биологическом происхождении нефти известный русский химик Дмитрий Менделеев (тот самый, которому мы обязаны современной таблицей элементов) в своей работе «Нефтяная промышленность в Северо-Американском штате Пенсильвания и на Кавказе» сформулировал гипотезу, согласно которой нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов. Еще более подробно эти взгляды были развиты им в статье «Нефть», опубликованной двадцать лет спустя в XX томе энциклопедического словаря Брокгауза–Ефрона.

Рис.106 Михайло Ломоносов

Рис.107 Александр Гумбольдт

Рис.108 Менделеев в рабочем кабинете

Лабораторные исследования, проведенные Менделеевым и некоторыми другими учеными, показывали, что под воздействием водяных паров на карбиды тяжелых металлов выделяются углеводороды, сходные с углеводородами, содержащимися в нефти. Это привело Менделеева к мысли, что в процессе горообразования вода проникает по трещинам земной коры в глубину недр, где взаимодействует с карбидами тяжелых металлов. В результате такого взаимодействия выделяются газообразные углеводороды.

Поднимаясь в силу своей подвижности и давления пластов земной коры в вышележащие пористые слои осадочных пород, часть смеси конденсировалась, давая скопления нефти, а другая часть пропитывала породы и образовывала горючие сланцы, жирные угли и другие битуминозные породы. Некоторая доля смеси окислялась и давала продукты, подобные асфальтам, и, наконец, основная ее часть так или иначе сгорала, образуя углекислоту и воду.

Наиболее благоприятными моментами в истории Земли для образования нефти ученый считал эпохи «подъемов горных кряжей». В такие эпохи, по его мнению, как раз и создавались удобные пути как для проникновения воды в недра планеты, так и для проникновения паров нефти и газов из недр Земли к ее поверхности.

Менделеев, как он сам пишет, был поражен видимой связью выходов нефти и газа с горными хребтами. В то время не было еще известно, что поверхностные нефтепроявления сопровождают лишь очень небольшую часть залежей нефти. И Менделеев принял эту связь за всеобщую закономерность. Он рассматривал разломы, рассекающие земную кору по окраинам горных хребтов, как пути для перемещения океанических и морских вод в недра земли, а нефтяных паров – в обратном направлении, вверх.

Также абиогенную, но иную – космическую теорию происхождения нефти – выдвинул в 1892 году русский геолог Н.Соколов. Он считал, что углеводороды изначально существовали в первозданном веществе Земли или образовались на ранних высокотемпературных стадиях ее формирования. С охлаждением Земли нефть поглощалась и растворялась в жидкой расплавленной магме. Впоследствии, когда возникла земная кора, из магмы выделялись углеводороды, которые по трещинам в земной коре поднимались в верхние части, сгущались и там образовали скопления. В доказательство своей теории Соколов приводил факты обнаружения углеводородов в метеоритах…

Но и биологическая версия не стояла на месте.

В 1888 году немецкие ученые Гефер и Энглер поставили опыты, показавшие принципиальную возможность получения нефти из продуктов животного происхождения. При перегонке рыбьего жира при температуре 4000^оС и давлении около 1 МПа они выделили из него предельные углеводороды, парафин и смазочные масла. Но, видимо, находясь под влиянием ветхозаветного сюжета о Всемирном Потопе, они выдвинули гипотезу образования нефти из жиров морских животных, рыб и низших организмов, погибших в результате массовой катастрофы.

В конце XIX – начале XX века русские ученые Н.Андрусов и Г.Михайловский высказали версию, что органические осадки растительного и животного происхождения, накапливаясь в морских илах, постепенно проходят стадию гнилостного разложения, а затем – под влиянием погребения на дне морских водоемов, увеличения давления вышележащих слоев и повышения температуры – переходят в стадию битуминизации (то есть образования тяжелых углеводородов, характерных для нефти).

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 СН⁴, окись углерода CO, водород Н² и сероводород Н²S. Затем из смолы он извлек бензин, керосин и тяжелые масла, опытным путем доказав, что составляющие нефти могут быть получены и из органики растительного происхождения.

Как считают сторонники биологического происхождения нефти, «конец разброду и шатанию» положил выход в 1932 году книги И.Губкина «Учение о нефти», в которой развивалась идея смешанного растительно-животного происхождения нефти. Губкин считал, что нефтеобразование происходило и происходит во все геологические периоды жизни Земли от кембрия до четвертичного периода.

Образуется нефть, по его мнению, из остатков растительных и животных микроорганизмов, обитавших в древних мелководных морях (зоо- и фитопланктона, а также бентоса – мелких обитателей морского дна), остатков более высокоорганизованных видов водной растительности и животных, а также различных органических остатков, приносимых в морские водоемы с суши. В настоящее же время считается, что главная роль в нефтеобразовании из этого списка принадлежит все-таки фитопланктону.

(И.Губкин, «Учение о нефти»).

В дальнейшем под воздействием кислорода и бактерий в этом слое сапропеля происходит разложение органического вещества. По мере его погружения увеличиваются давление вышележащих слоев и температура, которые способствуют преобразованию исходного органического материала в нефть.

Согласно представленной Губкиным и позднее дополненной разными авторами теории, процесс образования нефти проходит несколько стадий:

• Стадия осадконакопления – остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов;
• Биохимическая стадия – происходят процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода, в результате чего образуется «кероген» – нерастворимое органическое вещество.
• Протокатагенез – опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5-2 километров, при медленном подъеме температуры и давления (катагенез – это изменение осадочных пород в условиях повышенных температур и давлений).
• Мезокатагенез или главная фаза нефтеобразования – пласт органических остатков опускается на глубину до 3-4 километров, при подъеме температуры до 150°C. Под воздействием температуры и давления «кероген» преобразуется в жидкие углеводороды, составляющие основу нефти. Далее происходит отгонка нефти за счет перепада давления и вынос в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки.
• Апокатагенез керогена или главная фаза газообразования – пласт органических остатков опускается на глубину более 4,5 километров, при подъеме температуры до 180-250°C. При этом происходит преобразование органического вещества уже не в нефть (т.е. жидкие углеводороды), а в метан (газ).

Примерно в таком виде эта теория, получившая название теории осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов, и получила широкое распространение.

К этой «общности происхождения из органических останков» и ее «доказанности» мы еще вернемся, а пока обратим внимание, что в самом введенном термине «каустробилит» уже фактически «намертво зафиксирована» одна-единственная версия – версия биологического происхождения углеводородов, которая в ХХ веке заняла господствующее положение. И как утверждают ее сторонники, ныне она «разделяется в своей основе почти всеми учеными мира»…

* * *

Но оказывается – почти всеми, да не всеми…

В 50-60-е годы XX века в СССР (Н.А.Кудрявцев, В.Б.Порфирьев, Г.Н.Доленко и др.) и за рубежом (английский ученый Ф.Хойл и др.) возрождаются различные гипотезы абиогенного (космического, вулканического и магматогенного) происхождения нефти.

Например, Кудрявцев считал, что из углерода и водорода, имеющихся в магме, образуются радикалы СН, СН², СН³, которые выделяются из магмы и служат исходным материалом для образования нефти в более холодных зонах земной коры. По мнению Кудрявцева, нефть и газы из мантии Земли по глубинным разломам поднимаются вверх в осадочную оболочку Земли.

Порфирьев полагал, что нефть поступала с глубинных зон Земли не в форме углеводородных радикалов, а со всеми свойствами, присущими естественной нефти. Флюиды поднимались в сильно нагретом состоянии и под огромным давлением прорывались в пористые породы. Таким путем образовались все нефтяные месторождения. Правда, где и на каких глубинах находилась нефть до ее миграции по разломам, было не ясно, но Порфирьев полагал несомненным одно – что где-то в подкоровых зонах.

И хотя на 6-м (1963 г.), 7-м (1967 г.) и 8-м (1971 г.) Международных нефтяных конгрессах абиогенные гипотезы не получили поддержки, «неорганики» продолжали упорствовать…

Так кто же прав?..

Чисто субъективно, меня, например, смущает некий «фитопланктон», который умудряется довольно хитрым образом собраться в «недогнивший осадок», затем опуститься на километры (!) вглубь, переработаться в небольшие капли нефти, которые, просочившись сквозь песок или другую пористую породу, зачем-то в конечном итоге собираются в ловушки. И происходило это все в таких колоссальных масштабах, что образовались громаднейшие запасы нефти и газа, на которых ныне держится практически вся наша цивилизация.

Есть в этом что-то запредельно нереальное и даже несуразное…

Но субъективные ощущения к делу не пришьешь. Надо разбираться с объективными данными. Должны же они быть. Ведь логика логикой, но не может только на ней держаться господствующая теория. Необходимы реальные факты, которые (хотя бы на первый взгляд) ее подкрепляют.

В ходе штудирования различной литературы по этой тематике я нашел на самом деле всего четыре серьезных аргумента, которые (на тот самый первый взгляд) свидетельствуют в пользу версии биологического происхождения нефти. В том или ином виде именно эти четыре аргумента переходят из книги в книгу и из статьи в статью. Первые три из них сформулированы в следующем отрывке интернетного текста, написанном одним из сторонников господствующей теории:

Четвертый аргумент ссылается на исследования 1950 года. И из текста с ним я пока уберу одно предложение, заменив многоточием:

На первый взгляд действительно аргументы кажутся очень весомыми. Ведь все это – вроде как факты. А с фактами не поспоришь…

Ну, с фактами мы спорить и не будем. Но посмотрим: что тут является действительно фактом, а что – ошибочной трактовкой фактов, которые реально могут говорить и совсем о другом. Только сделаем это в  обратном порядке, постепенно поднимаясь вверх по их перечню и начиная с последнего аргумента.

Впрочем, с ним особо долго возиться не придется. Я лишь приведу то самое предложение, которое чуть ранее изъял из текста:

Сложно сказать, на чем базируется такой оптимизм, который демонстрирует автор данного текста, утверждая «трудность переоценки значения» этих открытий. На мой взгляд, выделенная в дополняющем предложении оговорка перечеркивает не только основу для этого оптимизма, но и вообще возможность использовать результаты исследований Смита и Ко в поддержку теории биологического происхождения нефти.

Получены какие-то углеводороды, которые существенно отличаются от нефти… Ну и что?..

Как говорится в русской поговорке, Федот – да не тот!..

Баскетбольный мяч, конечно, похож на Солнце – он тоже круглый. И тоже оранжевый, как Солнце на закате. Только на этом все и заканчивается…

Так что можно переходить к третьему аргументу.

Но тут потребуется небольшое пояснение для тех, кто далек от физики.

Нефть, как выясняется в некоторых экспериментах, является так называемым оптически активным веществом. Оптически активные вещества обладают следующим свойством: если через них пропустить специальный – поляризованный – свет, то плоскость поляризации света поворачивается, что довольно легко фиксируется соответствующим оборудованием. В зависимости от того, в какую сторону происходит поворот плоскости поляризация, оптически активные вещества делят на «правовращающие» и «левовращающие». При этом направление поворота определяется прежде всего молекулярной структурой вещества.

Так вот. Экспериментально установлено, что оптически активные вещества, входящие в состав живых существ (животных и растений), всегда только «левовращающие». Почему?.. Никто пока толком объяснить не может. Но факт остается фактом – вот так асимметрично устроен мир вокруг нас (впрочем, также асимметрично он устроен и в неживой природе – никто антиматерии не видел, вокруг только материя).

В то же время вроде бы те же вещества, но полученные синтетическим путем, являются так называемыми рацематами. То есть такими, в которых образуется равное количество «левовращающих» и «правовращающих» молекул. В итоге никакого вращения плоскости поляризации на синтетических веществах не происходит.

Отсюда вполне понятен первый же напрашивающийся вывод, который и делают сторонники господствующей теории – раз нефть проявляется свойство, которое присуще живым организмам, значит она имеет биологическое происхождение. Вроде бы все правильно.

Но…

Прежде всего, как выясняется, далеко не вся нефть обладает подобным свойством. Есть масса месторождений нефти, для которой никакого вращения плоскости поляризации не наблюдается!..

Тут сразу же («бумерангом») возникает вопрос – а какое происхождение тогда имеет эта «невращающая» нефть?!.

Если вся нефть имеет биологическое происхождение, то почему она не вся является оптически активным веществом? Такого быть не должно по теории, но это есть в реальности!.. Значит, уже по крайней мере часть нефти имеет вовсе не биологическое происхождение!.. А тогда где гарантии, что оставшаяся часть нефти имеет именно биологическую природу?..

Видимо, понимая всю опасность этого «бумеранга» для своей позиции, сторонники теории биологического происхождения нефти последнее время все чаще делают оговорку – дескать, аргумент с поляризацией «не главный». Это – типа «мелочи», а «главный» аргумент второй – «биомаркеры»…

Но мы, вместо того, чтобы так легкомысленно быстро отбросить поляризацию, и прежде чем перейти ко аргументу под номером «2» в вышеприведенном списке, попробуем все же разобраться с оставшейся нефтью – той, которая проявляет-таки оптически активные свойства и поворачивает плоскость поляризации света в «биологическую», левую сторону.

Далеко уходить не придется. Достаточно заглянуть в курс лекций по органической химии для одного из профильных институтов, готовящих химиков-органиков (тут главное – не «свихнуть» себе голову той специфической терминологией, которой буквально пропитан этот предмет).

В этом курсе лекций есть раздел, в котором рассматриваются различные способы разделения рацематов (веществ с равным количество «правовращающих» и «левовращающих» молекул – см. ранее) на разные «составляющие», которые являются уже оптически активными веществами!.. И таких способов указывается несколько штук!..

Значит – в природе имеют место некоторые процессы, в ходе которых рацематы можно расщепить (в курсе используется именно этот термин вместо «разделить») на оптически активные вещества! А раз так, то почему бы этим процессам не произойти и в нефти?!.

Другое дело, что знание в этой области еще далеко от совершенства. Недаром в упомянутом курсе лекций записано, что:

Но нам важно, что возможность такая принципиально имеется. Следовательно, абсолютно ничего не запрещает рассматривать версию нефти абиогенного происхождения, но в силу обстоятельств подвергшуюся некому воздействию со стороны окружающего вещества или каких-то факторов, которые привели к появлению у этой нефти свойств оптически активного вещества – причем даже именно в той форме, которая обеспечила ей сходство с объектами живой природы!..

Посмотрим этот курс лекций чуть дальше. И находим там вообще замечательный отрывок:

Вот оно оказывается как! Уже полторы сотни лет назад открыт вполне конкретный способ объяснения, как конкретно из абиогенной нефти может получиться оптически активное вещество!.. И заметьте – в приведенном в цитате примере микроорганизмы подавляют именно правовращающую форму, оставляя как раз левовращающую, характерную для живых организмов!..

И наконец, еще одна выдержка из текста вовсе не противника, а (снова ирония судьбы) сторонника теории биологического происхождения нефти:

Вот вам и бактерии в нефти! И почему бы среди таких бактерий не быть тем самым, которые могут обеспечить упомянутый чуть выше «третий способ Пастера»!..

Теперь можно заменить в последней цитате слова «погребенного органического вещества и образованной из него» на слово «абиогенной», и мы получим полное согласование ее с вышесказанным. Живые организмы действительно играют очень важную роль – но не в происхождении, а в изменении свойств нефти, имеющей как раз не биологическое, а абиогенное происхождение!..

В итоге третий аргумент сторонников версии биологического происхождения нефти уже не частично, а целиком и полностью оборачивается против них. И теперь можно переходить ко второму аргументу, который ныне считается решающим.

(В.Хаин, «Нефть: условия залегания в природе и происхождение»).

Оставим пока в стороне упоминание о «спорах и пыльце растений» – к ним еще мы вернемся, когда будем рассматривать вопрос происхождения каменного угля. Сосредоточимся на «биомаркерах».

Само понятие «биомаркеров» довольно широкое.

Прежде всего необходимо сделать поправку на традиции и скрытый смысл терминологии.

Ранее упоминалось, например, что в само понятие «каустробилит» автоматически заложена приверженность к версии биологического происхождения нефти («биос» – жизнь). Так и термин «биомаркеры» вроде бы как подразумевает по умолчанию именно биологическое происхождение веществ, выступающих в роли «маркеров». Но насколько это обосновано?..

На самом деле в подавляющем большинстве практических задач, где используется термин «биомаркеры», никто вопрос биологического или абиогенного происхождения не рассматривает – нефть анализируется по своим составляющим и примесям на предмет принадлежности к конкретному месторождению. Поэтому под название «биомаркеры» в реальности попали просто сложные органические соединения, которые помогают провести подобную идентификацию нефти. Но никто еще не доказал, что образование этих соединений возможно только лишь биологическим и никаким иным путем!..

Раньше вообще считалось, что все органические вещества относятся к живым существам – отсюда и само название «органические». Но ведь научились позже искусственно синтезировать очень многое из того, что относится к «органике», без какого-либо биологического вмешательства!..

Так и с «биомаркерами». Чаще всего встречаются аргументы типа «все считают», «всем известно», «никто не оспаривает» и т.п., что «биомаркеры» якобы имеют исключительно биологическое происхождение. Но такие аргументы просто несерьезны. Мало ли кто чего считает и по каким причинам не оспаривает… Нужны объективные данные и доказательства!..

Посмотрим на «биомаркеры» чуть более внимательно.

Оказывается между стероидами и стеранами, тритерпеноидами и тритерпанами вовсе нет тождества, а есть лишь «большое сходство»!.. При этом, они «все-таки несколько отличаются от исходных биологических соединений»!.. Более того, термин «стереохимические особенности» означает, что молекулы двух веществ с одинаковым химическим составом (одним и тем же набором атомов и связей между ними) отличаются друг от друга в пространственно-структурном отношении – схожие атомы соединяются друг с другом по разным валентным связям. В результате и свойства чуть-чуть, но отличаются (в частности, они могут отличаться как раз по «левовращательной» способности – если являются оптически активными веществами).

И вот тут возникает вопрос – насколько правомерно в таком случае вообще использование термин «исходных биологических соединений»?.. Если тождества нет, а есть лишь «сходство» с «пространственно-структурными отличиями», то генетическую связь составляющих нефти с их биологическими аналогами надо еще отдельно доказать!

В противном же случае мы снова получаем лишь сходство баскетбольного мяча с Солнцем…

Так что из всего перечисленного в цитате внимания заслуживает лишь единственный «маркер» – фитол, который связывают непосредственно с хлорофиллом. Вот тут биология несомненная. Но несомненная у хлорофилла!.. А у фитола?..

Заглянем в Большую Советскую Энциклопедию:

Вот так вот – фитол уже полсотни лет назад как синтезирован английскими химиками!..

Так где же тогда «несомненное биологическое происхождение»?!.

Для подобных утверждений требуется доказать, что фитол никак не может получиться в естественных процессах вне живых организмов. А это как раз не доказано. И более того: раз вещество синтезируется в лаборатории, значит наоборот – есть вполне реальная вероятность того, что и вне живых организмов в природе могут сложиться условия для синтеза фитола.

Конечно, многие читатели усомнятся в возможности образования столь сложных веществ без задействования живых организмов. Но, во-первых, напомню о том, что еще совсем недавно также думали вообще обо всех органических веществах. И во-вторых, те из читателей, кто (как и автор данной книги) допускает возникновение жизни без внешнего «божественного вмешательства», допускают ведь автоматически и возникновение биологических форм из неживой природы. А это невозможно без промежуточного естественного синтеза именно сложных органических соединений еще тогда, когда живых организмов не было и в помине!.. Значит, синтез сложных органических веществ вне биологии не просто возможен, а и должен быть!..

Но это – теория. А можем ли мы это проверить на практике уже сейчас?..

Оказывается, вполне.