Что такое нефть?
Нефть — это природная горючая жидкость, залегающая в осадочных породах земной коры. Она представляет собой сложнейшую смесь, состоящую из сотен различных углеводородов, а также соединений, содержащих серу, азот, кислород и следы металлов. Внешне нефть — это маслянистая жидкость, цвет которой варьируется от почти черного до светло-коричневого в зависимости от концентрации смол. Она легче воды и практически в ней не растворяется, обладая плотностью в диапазоне 0,80–0,92 г/см³. Вязкость нефти существенно выше, чем у воды, а температура кипения её компонентов простирается от 40–50 °C до 500–600 °C. Слово «нефть» происходит от персидского «нафата», что означает «просачивающаяся». Происхождение этого ценного ресурса остается предметом научных споров, в основе которых лежат две основные, взаимоисключающие гипотезы: неорганическая (абиогенная) и органическая (биогенная).
Гипотеза неорганического (абиогенного) происхождения
Сторонники этой теории считают, что нефть образовалась в недрах Земли из неорганических соединений без участия живых организмов. Еще в начале XIX века немецкий естествоиспытатель Александр фон Гумбольдт связывал её образование с глубинными геологическими процессами. В 1876 году французский химик Марселен Бертло, синтезировав углеводороды из неорганических веществ, предположил, что нефть могла возникнуть аналогичным образом в земных недрах.
В том же году великий русский ученый Дмитрий Менделеев сформулировал «карбидную» (или минеральную) гипотезу. Согласно ей, вода, проникающая вглубь Земли по трещинам, вступает в реакцию с карбидами металлов (например, железа) под действием высоких температур и давления. В результате образуются углеводороды — основа нефти. Экспериментальным подтверждением служили опыты, в которых при обработке чугуна кислотами получали газообразные углеводороды, напоминающие нефтяные.
Значительный вклад в развитие абиогенной теории внес советский геолог Николай Кудрявцев. В 1950-х годах, обобщив данные о месторождениях по всему миру, он предложил магматическую гипотезу. Согласно ей, в мантии Земли из углерода и водорода образуются углеводородные радикалы. Поднимаясь в более холодные слои земной коры, они взаимодействуют друг с другом, формируя нефть, которая затем мигрирует и накапливается в ловушках. Эта идея находит подтверждение в факте открытия залежей на глубинах более 10 километров.
Однако «карбидная» гипотеза не могла объяснить всего разнообразия углеводородов в нефти. Поэтому появились и другие версии. В 1889 году геолог Владимир Соколов выдвинул космическую теорию, предполагавшую, что углеводороды были занесены на Землю из космоса ещё на этапе её формирования и затем концентрировались в земной коре. В наше время новосибирский исследователь В. А. Сальников объединил вулканическую и космическую идеи, предположив, что мощный удар космического тела мог «запечатать» принесенные углеводороды в недрах, где они под действием температуры и давления превратились в нефть.
Гипотеза органического (биогенного) происхождения
Эта, более популярная сегодня теория, утверждает, что нефть образовалась из органического вещества — остатков микроорганизмов, планктона, растений и животных, накопленных в древних морских осадках. Со временем эти слои погружались на большие глубины, где под воздействием высоких температур, давления и каталитического действия горных пород органическая масса в течение миллионов лет преобразовывалась в сложную смесь углеводородов.
Экспериментальные подтверждения были получены ещё в конце XIX века: немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер, перегоняя рыбий жир при высоких температуре и давлении, получили углеводороды, похожие на нефтяные. В 1919 году русский академик Николай Зелинский переработал органический ил (сапропель) и получил бензин, керосин и метан.
Фундаментальный вклад в развитие этой теории внес академик Иван Губкин. В своём труде «Учение о нефти» (1932 г.) он детально описал процесс: пласты, богатые органикой (сапропелем), покрываются новыми осадками, что создает условия для анаэробного (бескислородного) разложения. При дальнейшем погружении и нагреве это вещество превращается в нефть. Эти взгляды легли в основу современной осадочно-миграционной теории.
Ученые также рассматривали дополнительные факторы. Так, А. А. Воробьев предполагал роль электрических разрядов при тектонических процессах, которые могли способствовать превращению метана в более сложные углеводороды. Основатель геохимии Владимир Вернадский видел нефть как часть глобального круговорота углерода на планете, где ключевую роль играют живые организмы.
Круговорот углерода (рис. 1.1) — это масштабный процесс, в котором участвует диоксид углерода (CO₂) из атмосферы, поглощаемый в ходе фотосинтеза и выветривания. Углерод также переносится метаном (CH₄), который постоянно поступает из недр через «газовое дыхание» Земли и вулканическую деятельность. Пополнение углеродных запасов в недрах происходит, в частности, за счет погружения океанических плит в мантию.
Современный взгляд и частные гипотезы
Большинство современных ученых, включая специалистов из Беларуси (академик Р. Г. Гарецкий и др.), придерживаются осадочно-миграционной (органической) теории. Это подтверждается тем, что практически все крупные месторождения связаны с осадочными бассейнами, а состав нефти показывает явное биогенное происхождение. Именно на этой концепции основаны все современные поисково-разведочные работы.
Однако наука не стоит на месте. Белорусский ученый Ю. М. Плескачевский в конце 1980-х предложил радиационно-химическую гипотезу. Она объединяет элементы обеих основных теорий: нефть может образовываться как из органического вещества, так и из глубинных абиогенных газов (например, метана) под воздействием естественной радиации горных пород. Эта гипотеза объясняет наличие в нефти таких элементов, как уран, ванадий, никель, которые могут выступать катализаторами в процессах полимеризации.
Образование месторождений
Вне зависимости от происхождения, образовавшаяся нефть, будучи подвижной, мигрирует через поры и трещины в горных породах. При вертикальной миграции она скапливается в природных резервуарах — «ловушках» (например, под куполообразными пластами-покрышками), откуда уже не может выйти (рис. 1.2). Такое скопление называется залежью. Если залежей несколько или они очень крупные, формируется нефтяное или газонефтяное месторождение.
Таким образом, вопрос о происхождении нефти остается комплексным. Хотя органическая гипотеза является основной для практической геологии разведки, исследования в области неорганического синтеза и радиационно-химических процессов продолжаются, расширяя наше понимание этого уникального природного ресурса.