Больше 250 миллиардов тонн нефти в мировых запасах. Откуда столько? Школьные учебники внушали: это остатки древних ящеров. Неправда. Объясняю, кто на самом деле создал главное топливо цивилизации и почему без микроскопических существ мы бы до сих пор топили печи дровами.
Столетний научный спор
Геологи прошлого века разделились на два враждующих лагеря. Одни утверждали: нефть имеет неорганическое происхождение, углеводороды синтезируются в недрах Земли из минералов. Другие настаивали на биологической природе.
- Победили эксперименты. В составе нефти нашли биомаркеры - химические структуры, которые могли возникнуть только в живых организмах. Дискуссия закончилась. Сегодня практически все специалисты признают: нефть родилась из живой материи.
Вопрос в другом: из какой именно? Неужели из тираннозавров и брахиозавров?
Углерод, который застрял
Нефть - это углеводороды, временно выпавшие из глобального круговорота углерода. Обычная схема работает непрерывно: растения улавливают углекислый газ при фотосинтезе, травоядные поедают растения, хищники - травоядных, всё это дышит и возвращает углерод в атмосферу, микробы разлагают мёртвую органику - круг замкнулся.
Органические соединения горят при контакте с кислородом. Углерод превращается в углекислый газ - иногда в пламени костра, иногда в цилиндрах двигателя. Чтобы сохраниться, органике нужно либо обладать чрезвычайной стойкостью, либо моментально оказаться там, где кислорода нет.
- Попав в подходящие условия земной коры, органика превращается в горючие ископаемые. Во что конкретно - зависит от исходника.
Разное сырьё - разный результат
Высшие растения - папоротники, хвощи, мхи, деревья - гниют в болотах на суше. Превращаются в торф, потом в уголь. Те же высшие растения в морской среде после миллионов лет преобразований на глубине 2-4 километра дают природный газ.
Для нефти нужен другой материал - низшая растительность. Фитопланктон, бактерии, изредка зоопланктон. У них высокое содержание липидов и жиров - веществ, устойчивых к разложению и близких по структуре к нефтяным углеводородам.
- Сегодня основные поставщики органики для будущей нефти - диатомовые водоросли, динофлагелляты, цианобактерии. Они живут в верхних слоях морей и океанов миллиардами особей.
Планктон работает на износ
Главная особенность этих микроорганизмов - невероятная скорость размножения. Планктон составляет лишь 0,2% от всей растительной биомассы планеты, но производит 60% годовой продукции. Каждый день рождаются и умирают триллионы особей.
- Вся морская биомасса концентрируется в освещённом верхнем слое. Количество планктона зависит от питательных веществ, растворённых газов, температуры, солёности.
Организмы гибнут и опускаются на дно. По пути белки и углеводы распадаются на аминокислоты и сахара, молекулы окисляются и разрушаются. Мелководные бассейны дают органике больше шансов добраться до дна целой.
Глина против кислорода
Главная защита от разрушения - размер минеральных частиц в донном осадке. Чем мельче, тем надёжнее сохранится органика.
Тонкие глинистые чешуйки создают огромную площадь поверхности, где оседает и удерживается органическое вещество. Со временем чешуйки слипаются, образуя породу с множеством крошечных изолированных пор, частично заполненных остатками живности. Кислород из воды туда не проникает - органика спасена.
- Песчаники устроены иначе. Крупные поры связаны между собой, вода циркулирует свободно, окисляя органику до углекислого газа. В песчаниках нефть не рождается.
Хотя океан производит органики больше, чем реки приносят минеральных частиц с суши, в осадке её доля редко превышает 0,5%. Нефть возникает только там, где совпали благоприятные условия: богатая жизнь в воде, минимальный приток обломочного материала, успешное захоронение без окисления.
Путь до керогена
Нефть образуется позже, на глубине 2-4 километра, когда сверху нарастёт толща новых отложений, а температура поднимется выше 60 градусов. До этого момента рыхлый осадок превращается в твёрдую породу - процесс называется диагенезом.
Зона диагенеза делится на две части. Верхняя - окислительная, с доступом кислорода. Нижняя - восстановительная, бескислородная. Органику разрушают два типа бактерий. Аэробные превращают её в углекислый газ и воду. Анаэробные производят метан, воду и водород - важный элемент для дальнейших реакций.
- Даже стойкие липиды меняют структуру. Органика преобразуется в гумин, затем в нерастворимое вещество - кероген. Геохимики различают три типа керогена по соотношению водорода, кислорода и углерода.
Нефть даёт кероген с высоким содержанием водорода - первого и второго типа, возникший из низшей растительности.
Микронефть в породе
Если порода к моменту достижения главной зоны нефтеобразования - температур 60-180 градусов - содержит больше 0,2% органического углерода, она способна генерировать нефть.
В этой зоне кероген подвергается химическим преобразованиям. Из него выделяются растворимые органические соединения: масла, смолы, асфальтены. Их смесь образует микронефть - вещество, максимально близкое по составу к товарной нефти из скважин.
- Микронефть вместе с водой создаёт давление, разрывает породу, проникает в трещины и мигрирует вверх. В ловушках - местах скопления - она превращается в месторождение.
Водоросли, а не ящеры
Теория о происхождении нефти из динозавров не выдерживает проверки. Чёрное золото создали микроскопические обитатели океанских вод. Одноклеточные водоросли и бактерии, которые за миллионы лет накопили органический углерод, плюс удачное стечение условий - вот настоящие создатели месторождений.
Без правильного типа осадка, без нужной глубины залегания, без достаточной температуры нефть не возникнет. Каждый литр бензина в баке - это миллиарды крошечных существ, погибших десятки миллионов лет назад и превратившихся в энергию для вашей машины.
Динозавры тут ни при чём. Они жили на суше, а нефть рождается из морского планктона. Простая подмена понятий, которая почему-то прижилась в массовом сознании.