Происхождение нефти

Нефть из микробов

Важный вклад в развитие органических представлений о происхождении нефти был сделан американскими учеными Г. Уриссоном, П. Альбрехтом и М. Ромером. На основе многочисленных химических анализов различных органических осадочных образований, включая уголь и нефть, ученые пришли к выводу о поразительном сходстве между ними. Исследованию подвергались сотни образцов осадочных отложений из разных районов земного шара. И все это органическое вещество содержало остатки клеток микроорганизмов.

Предшественники органических соединений, из которых состоит нефть, найдены в клеточных мембранах одноклеточных организмов планктона, а также бактерий и других микроорганизмов, живущих на морском дне. Многие вещества, которые экстрагируются из угля, образовались, как считают американские ученые, не непосредственно из остатков древесных и других высших растений, а являются продуктами переработки этих остатков бактериями и грибами, живущих на дне болот. Сравнивая между собой газовые хроматограммы образцов совершенно различного происхождения и возраста (например, уголь из Лотарингии и нефть из Аквитании), ученые обнаружили удивительное совпадение формы пиков органических веществ с числом углерода от 27 до 35 (рис. 10). Отсюда следует, что соединения, дающие эти пики, в угле такие же, как и в нефти. Более того, было обнаружено сходство между массами этих веществ (масс-спектр), что позволяет предполагать гомологическую семейственность этих соединений, имеющих общего предшественника.

Американские ученые проанализировали тысячи образцов из разных районов нашей планеты, варьирующих от современных почв до пород возрастом более 500 млн лет и представляющих все типы обстановок осадконакопления. В образцах были обнаружены представители сложного углеродного соединения — гопана (С₃₀Н₅₂), — получившие название гопаноидов. Оказалось что они являются чрезвычайно важным компонентом органического вещества осадочных отложений. В живой материи гопаноиды содержатся в некоторых древесных и травянистых растениях, в частности в папоротниках, в синезеленых водорослях, в некоторых видах бактерий.

Вначале происхождение гопаноидов было во многом загадкой, ибо современные гопаноиды имеют 29 или 30 атомов углерода в молекуле, а ископаемые — 35 и даже 36 атомов углерода. Только в 1973 г. сотрудникам Массачусетсского технологического института удалось выделить из бактерий Acetobacter xylinum гопаноид С₃₅, который получил название бактериогопантетрола. В дальнейшем гопаноид C₃₅ был выделен почти из половины исследованных современных бактерий и синезеленых водорослей. Был обнаружен также и гопаноид С₃₆.

Широкое распространение гопаноидов, являющихся компонентами клеточных мембран многих современных микроорганизмов, объясняется тем, что дно океана и верхний слой почвы на континентах «кишат» бактериями. Когда живые организмы умирают, значительная часть их органического вещества разлагается на простые молекулы под действием ферментов этих бактерий. Осадки, перекрывающие органическое вещество, предохраняют его от окисления и захороняют сами бактерии, которые также умирают и разлагаются. Гопаноиды погружаются все глубже вместе с осадочными породами, изменяются под действием других микроорганизмов, а также термокаталитических реакций. Высокие температуры и давления способствуют удалению кислорода и других элементов из начального органического вещества и преобразованию его в углеводороды.

Рис. 10. Газовые хроматограммы лотарингского угля (а), возраст которого 250–300 млн лет, и тяжелой нефти из Аквитанского бассейна (б), возраст которой около 150 млн лет

Сходство «пиков» в области С₂₇—С₃₂ указывает на генетическое родство различных горючих полезных ископаемых

Подсчеты ученых показывают, что количества гопаноидов, содержащихся в горючих полезных ископаемых, достаточно для накопления выявленных масс угля и нефти. Так, в 1 м³ бурого угля весом 2 т из месторождения Яллурна в Австралии содержится 1 кг гопаноидной кислоты С₃₂. Казалось бы, не так уж и много. Однако в сравнении с другими органическими соединениями, определенными в угле, концентрация этой кислоты занимает первое место. По расчетам ученых, 90 % органического углерода в осадочных породах (ориентировочно 10¹⁶ т) находится в форме нерастворимого керогена — рассеянного органического вещества, которое в результате термокаталитических реакций, происходящих при погружении осадочных пород в земные глубины, трансформируется в нефть и газ. Поскольку кероген нерастворим, то определить, сколько в нем находится вещества микробного происхождения, весьма нелегко. В составе же растворимого органического углерода содержится до 5–10 % гопаноидов. Количество растворимого органического углерода на земном шаре оценивается в 10¹⁵ т. Следовательно, мировые запасы гопаноидов должны быть не менее 10¹³—10¹⁴ т, т. е. больше, чем органического углеводорода во всех живых организмах (10¹² т).

Исследования американских ученых существенно дополняют органическую концепцию происхождения нефти. Однако рассматривать микробы как основной источник горючих полезных ископаемых, и прежде всего нефти и газа, вряд ли обоснованно. Известно, что в нефтях имеются и многие другие органические соединения, кроме гопана. Более правильно считать нефть производной всей массы организмов и растений, роль же микроорганизмов и бактерий проявляется в первую очередь в том, что они способствуют разложению органического вещества, расщеплению его на составляющие части, что облегчает процесс трансформации органического вещества в нефть. Особенно активно бактерии действуют на второй стадии седиментогенеза и преобразования органики. Тем не менее микробы и бактерии играют очень важную роль в круговороте углерода в природе. Цикл начинается с фотосинтеза в растениях и микроорганизмах, в результате которого атмосферный углекислый газ превращается в органические соединения. Сами растения и питающиеся ими организмы разлагают некоторые из этих соединений, превращая их снова в углекислый газ в процессе дыхания. После смерти более крупных организмов их органическое вещество, за исключением небольшой его части, разлагается сапрофитными микроорганизмами и анаэробными бактериями.

Таким образом, микробы и бактерии играют важную роль в преобразовании органического вещества, перерабатывая, насыщая его своими органическими соединениями. Широкое присутствие остатков микроорганизмов в форме гопана в ископаемых углях и нефтях является хорошим доказательством генетического единства процесса образования и накопления в земной коре различных горючих полезных ископаемых. Происходит своеобразная «утечка» углерода при его круговороте между атмосферой и поверхностью Земли, которая за сотни миллионов лет привела к аккумуляции органического углерода в осадочных отложениях в количестве 10¹⁸ т, что в 10 тыс. раз больше массы всех живых организмов.