Откуда нефть на Земле.

Первый эксперимент, поставленный в Якутске, вошел в историю науки. Разбирая его, наверное, будут удивляться простоте и лаконизму. Он был подобен меткой реплике в горячем споре. Добавим, в вековом споре — откуда нефть на Земле! Проводивший эксперимент доктор химических наук П. Царев потом с улыбкой заметит, мол, самому трудно примириться, что в таком деле понадобилось оборудование не сложнее школьного.

..В две одинаковые камеры размером со средний аптекарский пузырек насыпали смесь песка, глины и низкосортного размолотого угля. Смесь эта моделировала горную породу, вмещающую органическое вещество — уголь. Сверху содержимое камер придавили утяжеленными штоками, имитировавшими горное давление. Температуру на весь опыт задали самую рядовую — 20 градусов Цельсия, она не только вполне комфортна для нас с вами, но и обычна для самых верхних земных слоев. Кроме того, на один из образцов действовала и динамическая нагрузка. Примитивный магнитострикционный излучатель, работавший с частотой до 30 герц, «тряс» камеру, моделируя естественную тектоническую и сейсмическую активность.

Земные недра справедливо сравнивают с грандиозным химическим реактором, в чреве которого рождаются тысячи всевозможных веществ и минералов. Во многом мы и живем и строим свое благополучие, более или менее умело пользуясь его продуктами. Что интересного сварит он (то есть его модель) на сей раз?

Эксперимент был рассчитан на несколько месяцев.

Нельзя сказать, что результат его стал полной неожиданностью. Все эти бесконечно тянувшиеся дни, недели и месяцы те, кто задумывал и ставил эксперимент, представляли его исход именно таким. И все-таки пове­рить сто раз перепроверенным спек­трометрам поначалу было трудно. Они бесстрастно свидетельствовали нечто противозаконное: в «сейсмоактивной» камере сварилась нефть! При комнатной температуре!.. Пусть всего лишь крохи, доли процента от массы образца. Но сути количествен­ная сторона не меняла: в необычай­но, даже невероятно мягких условиях явственно шел процесс рождения нефти. И виновником его, без сомне­ния, был лабораторный имитатор зем­летрясений. В контрольной камере и через полгода ничего не сварилось...

По меньшей мере уже два столетия научному спору о происхождении нефти. Великий М. В. Ломоносов, как полагают, один из первых высказал­ся за ее органическое начало: «Вы­гоняется подземным жаром из при­уготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и вступает в разные расселины и поло­сти сухие и влажные, водами напол­ненные, подобно как при перегонке бывает такого масла в приложенную в подставленном стеклянном сосуде воду».

Другой великий наш соотечествен­ник— Д. И. Менделеев—в 1877 го­ду, напротив, экспериментально пока­зал возможность неорганического синтеза нефти в глубинных слоях Зем­ли, где достаточно высока темпера­тура.

С тех пор сменилось много поколе­ний ученых, ставивших себе задачу разгадать тайну нефти и дать тем са­мым наиболее точные ориентиры для ее поиска. В разное время сильные подкрепления получали то органиче­ская, то неорганическая гипотезы. Но единого, однозначно доказанно­го мнения так и не сложилось.

По-прежнему на обсуждении две взаимоисключающие концепции. Од­на — нефть происходит из органиче­ского вещества в осадочных толщах земной коры, другая — углеводоро­ды синтезируются из неорганических веществ (карбонатов, СО2 и др.) на больших глубинах в мантии при тем­пературе выше 1000 градусов Цель­сия и давлении в десятки кбар.

Неорганическая гипотеза сегодня наиболее уязвима. Скажем, при температурах в сотни градусов и доста­точно высоких давлениях, все углево­дороды, кроме метана, неустойчивы и разлагаются на углерод, водород и метан. Поэтому, если в мантии и синтезируются углеводороды, то, поднимаясь в земную кору, они должны неизбежно разрушаться уже в нижних ее горизонтах, где темпе­ратура превышает 250—300 градусов.

Есть слабые места и у органиче­ской гипотезы. Она, например, бес­сильна объяснить существование ги­гантских скоплений углеводородов с запасами в сотни миллиардов тонн в Атабаске, бассейне реки Ориноко и в других районах. Органического вещества, содержащегося в осадоч­ных породах, там явно недостаточ­но для образования столь грандиоз­ных залежей.

Но главный парадокс в другом. За многие десятилетия накоплен громад­ный материал по геохимии органи­ческого вещества осадочных пород. Он детальнейшим образом проана­лизирован. Вывод неоспорим: про­цессы нефтеобразования из рассе­янного органического вещества долж­ны начинаться и происходить при тем­пературах ниже 100 градусов Цель­сия. Собственно, здесь и спорить не­возможно — основная доля мировых запасов нефти открыта как раз в гор­ных породах, температура которых меньше 100 градусов. Для многих из подобных месторождений доказа­но, что участки осадочного чехла, к которому они приурочены, никогда не находились в зоне более высоких температур. То есть тамошняя нефть не могла, образно говоря, просто на­течь подземными руслами из более горячих мест...

Все так. Да только, как ни изощ­рялись ученые, не идет синтез нефти при столь мягких температурах даже в лабораторных экспериментах! Больше того, советский ученый Э. Га- лимов доказал, что при температурах меньше 100 градусов химические ре­акции, ведущие к образованию нефти_, идти попросту не могут, они тер­модинамически невыгодны...

Ситуация: нефть есть, она образу­ется, только, с точки зрения химии, каким-то противозаконным образом.

Логика подсказывала простую мысль: в деле глобальной варки неф­ти у подземного тепла должен быть весьма деятельный помощник. Ка­кой? Где силы, способные стимулиро­вать работу подземного реактора?

Новая гипотеза вряд ли бы состоя­лась без тесного содружества геоло­гов, механиков, химиков. Можно даже сказать, что идеям геологов приш­лось дождаться рождения новой вет­ви химической науки — механохимии. Она-то и пояснила возможную роль могучих механических напряжений в глобальном реакторе. Сейсмотекто­ника, как оказалось, может вызывать в горных породах формирование и миграцию внутренних дефектов, акти­вацию поверхностей зерен, разрывы межмолекулярных и межатомных связей... В результате возникают так называемые активные центры, дейст­вующие подобно уникальным катали­заторам. Они заставляют идти хими­ческие реакции, которые не подчи­няются законам классической термо­динамики. В ходе их механическая энергия непосредственно переходит в химическую — причем фактически без тепловых потерь.

Так сформировалась гипотеза, для проверки которой в Институте физико-технических проблем Севера Якут­ского филиала СО АН СССР под ру­ководством академиков А. Трофимука и Н. Черского в 1975 году нача­лись экспериментальные исследова­ния.

За первым удачным опытом, о кото­ром мы уже знаем, последовали но­вые. Все яснее становилась природа действия замечательного союза меха­нических и химических сил, открыва­лись пути к совершенно новым пред­ставлениям.

Упругие волны порождают в горных породах множество разнообразных

физико-химических процессов, обусловленных разрывом межмолекуляр­ных и межатомных связей. Например, в экспериментах облучение образ­цов приводило к ускорению в них диффузии в 40—50 раз, увеличению проницаемости пород для воды и нефти в 70 раз. Получалось, что сей­смические и тектонические процессы не только активнейшим образом по­могают подземной варке нефти, но и в сотни, тысячи раз ускоряют ее передвижение, накопление в зале­жах!

А что геологические факты? Они также свидетельствовали в пользу новых представлений, подтверждая их на примере Саян, Карпат, Кавка­за, юга Якутии, Забайкалья... В райо­нах, где высока сейсмотектоническая активность, нефть находят даже в сотне-другой метров от поверхности.

Итак, извечная проблема происхож­дения нефти предстала в совершен­но неожиданном ракурсе. В корне менялись представления об исходных веществах и механизмах нефтеобразования. Открылась возможность прогнозировать запасы нефти и газа в тех слоях земной коры, которые раньше считали бесперспективными. Геофизики, изучая ее строение, выде­лили в породах фундамента (верхняя треть) так называемый горизонт А, залегающий на глубинах 6 — 33 кило­метра. В его пределах породы нахо­дятся в квазипластическом состоянии. Выше расположен горизонт, который авторы открытия условно обозначи­ли Г. Многим замечателен этот гори­зонт. При переходе к нему скачкооб­разно падает плотность пород, ско­рость распространения упругих волн, снижаются внутренние напряжения. Здесь же — активнейшие очаги зем­летрясений. Горизонт Г служит поэто­му своеобразным волноводом, опоя­сывающим земной шар. Согласно гео­физическим данным он залегает на глубине 5 и более километров, сред­няя мощность — 6 километров, а раз­меры слагающих его блоков лежат в пределах 50—100 километров. Важ­ные сведения о слое Г дала прон­зившая его Кольская сверхглубокая скважина. Оказалось, что сложен он сильно нарушенными породами, раз­битыми многочисленными трещина­ми. А перекрывают и подстилают этот слой, напротив, породы довольно мо­нолитные... Дополним сведения гео­физиков результатами якутских экс­периментов, и слой Г предстанет поч­ти идеальной природной скороваркой для нефти!

Исходные вещества? Углеродсодержащих пород там сколько угодно. Есть очаги землетрясений — значит, идет постоянная «подзарядка» гор­ных пород. Их трещиноватость обес­печивает благоприятнейшие условия для циркуляции флюидов под дейст­вием температурных и механических полей, силы тяжести. Словом, налицо принципиально новый объект для по­исков залежей углеводородов. При­чем залежей, сравнительно близких к земной поверхности, доступных се­годняшней буровой технике.

P.S. Ещё много интересных научных фактов вы можете узнать на https://www.poznavayka.org/. Этот сайт популяризирует науку, делает её понятной и увлекательной для каждого.