Ropa naftowa jest podstawą paliwa współczesnej cywilizacji. Produkty powstałe w wyniku recyklingu wykorzystywane są do ogrzewania, napędu pojazdów, nawierzchni dróg, produkcji polimerów i wielu innych procesów, z których każdy jest integralną częścią życia człowieka.

Problem wyczerpywania się zasobów ropy naftowej doprowadził do licznych dyskusji naukowych na temat jej pochodzenia i substancji biorących udział w jej powstawaniu. Potrzeba wyjaśnienia procesu genezy ropy naftowej podzieliła społeczność naukową na dwa nie do pogodzenia obozy:

• zwolennicy teorii biogenicznej;
• zwolennicy abiogenicznej ścieżki edukacji.

Teorię abiogeniczną uważa się za bardziej optymistyczną dla ludzkości. Jego zwolennicy argumentują, że najpowszechniejszy węglowodór na naszej planecie powstaje w wyniku geologicznej syntezy jego dwóch nieorganicznych składników: wodoru i węgla. Ich połączenie inicjowane jest przez wysokie ciśnienie w warstwach podziemnych i następuje w okresach liczonych w dziesiątkach tysięcy lat.

Ale nawet jeśli ten scenariusz kiedykolwiek się potwierdzi, nie ułatwi to losu rodzaju ludzkiego: moment wynalezienia koła, na którym powstało koło, i powstanie pierwszego komputera przenośnego dzieli niecałe 5 tysięcy lat . A do powstania znaczących złóż ropy potrzeba nie mniej niż kilkudziesięciu, a nawet setek tysięcy lat.

Jednym z wybitnych naukowców, którzy podzielali tę teorię, jest Michaił Łomonosow. Podobnie jak nasi współcześni uważał, że znane zasoby ropy naftowej leżące stosunkowo blisko powierzchni to tylko mikroskopijna część zasobów planetarnych.

Współcześni zwolennicy uważają, że ropa powstająca w naturze jest nie tylko zasobem odnawialnym, ale także zasobem prawie niewyczerpanym dla dowolnej wielkości zużycia.

Jednym z dowodów na możliwość syntezy ropy naftowej w przyrodzie jest obecność węglowodorów w atmosferze gazowych gigantów (w szczególności Jowisza). Okoliczność ta potwierdza możliwość powstawania najprostszych substancji organicznych z naturalnych substancji nieorganicznych.

Teoria abiogenna: jak powstaje ropa?

Zwolennicy wyjaśniają pochodzenie „czarnego złota” w wyniku procesów przetwarzania biomasy – pozostałości starożytnych roślin i zwierząt, które istniały na planecie miliony lat temu. Dowodów jest o wiele więcej niż coś przeciwnego.

Jednym z pierwszych dowodów był eksperyment przeprowadzony przez niemieckich przyrodników pod koniec XIX wieku. Za materiałową podstawę doświadczenia Engler i Gefer przyjęli lipidy pochodzenia zwierzęcego (olej wyizolowany z wątroby dorsza) i poddając go działaniu wysokich temperatur i ciśnienia wielokrotnie wyższego od ciśnienia atmosferycznego, wyizolowali z niego lekkie frakcje organiczne.

Istnieje znacznie więcej eksperymentów i badań laboratoryjnych potwierdzających tę teorię powstawania ropy w przyrodzie. Również badania geologiczne i prognozowanie występowania złóż ropy naftowej opierają się wyłącznie na założeniach tej teorii.

Niewyjaśnione zdarzenia

Istnieje wiele złóż, sam fakt ich istnienia obala główne postanowienia abiogennej teorii pochodzenia ropy w przyrodzie. Obejmują one:

• Tersko-Sunżeńskie;
• Romaszkinskoje;
• Zachodniosyberyjska prowincja naftowo-gazowa.

W różnych momentach obserwowano na tych obszarach niewytłumaczalne „uzupełnianie” ropy. Istota tych niesamowitych wydarzeń polegała na tym, że dostępne metody analizy złóż stwierdziły, że są one wyczerpane, odwierty wykazały niemal całkowite zatrzymanie wydobycia ropy, jednak po kilku latach każdy z nich ponownie pokazywał obecność ropy nadającej się do wydobycia. .

Geolodzy przewidywali wydobycie na polu Romaszkinskoje nieco ponad 700 milionów ton czarnego złota, ale w samym sowieckim okresie wydobycia ropy prostą metodą wydobyto co najmniej 3 miliardy ton.

Złoże Tersko-Sunżenskoje zostało wyczerpane na początku II wojny światowej, kiedy przez ponad 10 lat nie prowadzono z niego „wypływu” ropy. Jednak po zakończeniu wojny zbadane odwierty rzekomo otrzymały nowe rezerwy: produkcja nie tylko została wznowiona, ale zaczęła przekraczać przedwojenne wielkości o rzędy wielkości.

Podobną sytuację zaobserwowano w wielu dziedzinach ZSRR. Zwolennicy nieorganicznego powstawania ropy w przyrodzie łatwo wyjaśnili te przypadki, wskazując, że w tych obszarach węglowodory są pochodzenia nieorganicznego. Co więcej, ich powstawanie jest w znacznym stopniu katalizowane przez obecność ciężkich grafitów w głębi ziemi oraz przepływ wód osadowych, co pod wpływem kolosalnego ciśnienia powoduje przyspieszone tworzenie się ropy.

Według naukowców znaczna część terytorium Niziny Zachodniosyberyjskiej była pokryta wodami starożytnego morza. Naturalne pochodzenie ropy naftowej na tym obszarze jest krytykowane i utrudniane, jednak mineralne powstawanie metanu, nie spowodowane procesami rozkładu materii organicznej, znajduje wielu zwolenników. W procesie zwanym hydratacją sole żelaza reagowały z wodą morską, powodując uwolnienie metanu. Gromadził się w naturalnych zbiornikach, pozostając tam nawet po wyschnięciu morza i docierając do czasów współczesnych w swojej pierwotnej formie, naturalnie uformowanej w przyrodzie.

Wnioski i prognozy

Jakakolwiek ścieżka naturalnego powstawania ropy naftowej nie otrzyma niezbitych dowodów, raczej niewiele pomoże to cywilizacji ludzkiej. Pamięć ludzka, archiwalne zapisy obserwacji i badań naukowych z trudem obejmują okresy setek, tysięcy lat, nie mówiąc już o milionach.

Co najmniej nierozsądne jest mówienie o możliwym początku kryzysu paliwowego: ludzkość szybko rozwija alternatywne źródła energii, zastępując przestarzałe technologie nowymi i unowocześniając procesy poszukiwania i wydobycia już znanych zasobów. Żadna ze współczesnych prognoz nie ma bardziej stabilnej podstawy niż obserwacja przyrody i porównywanie faktów, analiza obserwacji i archiwów historycznych. Objęcie w jednym badaniu wszelkiego rodzaju przypadków wykraczających poza ramy jednej z teorii, porównanie ich i sprowadzenie do wspólnego mianownika to pomysł bardziej ambitny niż realnie wykonalny. Dlatego pytanie brzmi: „Jak powstaje ropa naftowa w przyrodzie?” może pozostać otwarty przez długi czas.

Do tego czasu ropa naftowa, kluczowe paliwo naszej planety, pozostanie przedmiotem naukowych kontrowersji i źródłem wielu tajemnic.

Amerykańscy badacze odkryli mikroalgi, dzięki którym znajdują się wszystkie obecne zasoby ropy i węgla. Eksperci z USA są przekonani, że to właśnie odkryte przez nich mikroalgi były powodem akumulacji tych zasobów

Grupa ekspertów pod przewodnictwem profesora Joe Chapela z Uniwersytetu Kentucky w USA odkryła mikroorganizm, który stał się podstawą absolutnie wszystkich zasobów węgla i ropy na Ziemi. Obecnie naukowcy pracują nad modyfikacją genetyczną nowo odkrytego mikroorganizmu, który może stać się realnym źródłem paliwa i rozwiązać wszystkie przyszłe problemy energetyczne ludzkości.

Wcześniej naukowcy odkryli, że węgiel i ropa powstały w wyniku żywotnej aktywności mikroorganizmów, które żyły na Ziemi ponad 500 milionów lat temu. Niedawno zespół amerykańskich badaczy odkrył, że tylko jeden organizm był najbardziej bezpośrednią przyczyną pojawienia się i akumulacji tych ważnych zasobów naturalnych. Eksperci odkryli, że jest to mikroalga zwana Botryococcus braunii, która ma chemiczne „odciski” we wszystkich rodzajach olejów. Ponieważ z czasem ropa naftowa staje się węglem, glony B. braunii są również źródłem tego paliwa stałego.

„Ale jeszcze bardziej intrygujące jest to, że te niesamowite glony istnieją do dziś i mogą stać się głównym celem badań dla dużego przemysłu chemicznego i petrochemicznego” – mówi Joe Chapel.

Pomimo oczywistej kolosalnej „pracy” nad utworzeniem obecnych zasobów ropy i węgla, B. braunii, niestety, rośnie dość wolno i dlatego w swojej naturalnej postaci nie nadaje się zbyt dobrze jako bezpośrednie źródło do tworzenia rezerw biopaliw. Jednak eksperci mogą wykorzystać geny B. braunii do stworzenia alternatywnych mikroorganizmów, które mogą być zdolne do wydajnej i szybkiej biosyntezy węglowodorów.

Obecnie istnieją już bardzo udane przykłady izolowania niezbędnych genów, które charakteryzują się dużą aktywnością biochemiczną i wprowadzania ich na siłę do genomu drożdży. W efekcie powstają na ogół bezpretensjonalne, żywe źródła biopaliw, które w przyszłości mogą stać się odnawialną alternatywą dla klasycznej metody wydobycia ropy.

Według naukowców wykorzystanie genów B. braunii ma ogromne zalety, gdyż mikroorganizm ten posiada unikalny mechanizm molekularny produkcji węglowodorów. I trzeba powiedzieć, że żadna znana bakteria nie jest obdarzona podobnymi właściwościami, co ogólnie potwierdzają kolosalne zasoby węgla i ropy, które B. braunii zaczął tworzyć wiele milionów lat temu. Zdaniem ekspertów przeniesienie unikalnych genów glony Botryococcus braunii do szybko rosnącego i niezbyt wybrednego organizmu umożliwi stworzenie niedrogich i wysoce wydajnych bioreaktorów produkujących paliwo.

Prognozy

Uważa się, że światowy wzrost gospodarczy, a także mroźna zima na półkuli północnej spowodują w tym roku wzrost zapotrzebowania na ropę, który przekroczy oczekiwania wielu ekspertów i przedstawicieli biznesu. O tym informuje Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA).

Według prognoz agencji popyt na ropę powinien wynieść 89,1 mln baryłek dziennie wobec 87,7 mln baryłek dziennie w roku ubiegłym.

MAE ostrzega, że ​​dzisiejsze podwyższone ceny ropy naftowej mogą spowodować spowolnienie ożywienia gospodarczego na świecie. Ponadto MAE ostrzega, że ​​producenci ropy, inwestorzy i konsumenci mogą znacznie ucierpieć, jeśli cena ropy utrzyma się na poziomie około 100 dolarów za baryłkę.

Czy ropa nigdy się nie skończy?

Kilkadziesiąt lat temu geolodzy uważali, że zasoby gazu i ropy na Ziemi powinny wyczerpać się więcej niż raz. Najnowsze dane zmuszają naukowców do wyjaśnienia, że ​​zasoby węglowodorów na naszej rodzimej planecie najprawdopodobniej wystarczą na kolejne pół wieku. Mówimy oczywiście o węglowodorach pochodzenia organicznego.

Tymczasem ostatnie eksperymenty w Instytucie Fizyki Wysokich Ciśnień Rosyjskiej Akademii Nauk w Troicku wykazały, że nasza Ziemia może w sposób ciągły produkować ropę i gaz. Rosyjscy eksperci twierdzą, że w górnym płaszczu znajduje się dużo węgla, który często wydostaje się na powierzchnię – powiedzmy w postaci diamentów przez rury kimberlitowe.

Jak wyjaśniają krajowi naukowcy, w wnętrznościach ziemi następuje stały transfer masy i ciepła. Oznacza to, że skały i różne substancje obecne w płaszczu naszej planety są zdolne do niewyczerpanej reprodukcji węglowodorów, w tym ropy.

Prawdopodobnie znasz teorię pochodzenia węgla. Punkt widzenia w tej sprawie jest ugruntowany: powstała ona (i tworzy się nadal) z pozostałości bujnej, wiecznie zielonej roślinności, która niegdyś pokrywała całą planetę, w tym nawet obecne obszary wiecznej zmarzliny, i przynoszona z góry przez zwykłe skały, pod wpływem ciśnienia podłoża i przy braku tlenu.

Logiczne jest założenie, że olej powstał według podobnej receptury, w tej samej kuchni natury. W XIX wieku debata w dużej mierze skupiała się na pytaniu, co posłużyło za materiał wyjściowy do wytworzenia oleju: szczątki roślinne czy zwierzęce?

W 1888 roku niemieccy naukowcy G. Gefer i K. Engler przeprowadzili doświadczenia z destylacją oleju rybnego w temperaturze 400 C i pod ciśnieniem około 1 MPa. Udało im się pozyskać węglowodory nasycone, parafiny i oleje smarowe, do których zaliczały się alkeny, nafteny i areny.

Później, w 1919 r., Akademik N.D. Zelinsky przeprowadził podobny eksperyment, ale materiałem wyjściowym był organiczny osad pochodzenia roślinnego - sapropel - z jeziora Bałszach. Podczas jego przetwarzania można było uzyskać benzynę, naftę, oleje ciężkie, a także metan...

W ten sposób eksperymentalnie udowodniono teorię organicznego pochodzenia oleju. Jakie jeszcze mogą być trudności?...

Ale z drugiej strony w 1866 roku francuski chemik M. Berthelot zasugerował, że w wnętrznościach Ziemi powstała ropa naftowa z substancji mineralnych. Na poparcie swojej teorii przeprowadził kilka eksperymentów, sztucznie syntetyzując węglowodory z substancji nieorganicznych.

Dziesięć lat później, 15 października 1876 r., D.I. Mendelejew sporządził szczegółowy raport na posiedzeniu Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego. Przedstawił swoją hipotezę dotyczącą powstawania ropy. Naukowiec uważał, że podczas procesów górotwórczych woda przedostaje się w głąb skorupy ziemskiej poprzez pęknięcia i uskoki. Przedostając się w głąb, ostatecznie napotyka węgliki żelaza i pod wpływem temperatury otoczenia i ciśnienia wchodzi z nimi w reakcję, w wyniku czego powstają tlenki żelaza i węglowodory, takie jak etan. Powstałe substancje przedostają się tymi samymi uskokami do górnych warstw skorupy ziemskiej i nasycają porowate skały. W ten sposób powstają pola gazowe i naftowe.

W swoim rozumowaniu Mendelejew nawiązuje do eksperymentów wytwarzania wodoru i nienasyconych węglowodorów poprzez poddawanie żeliwa zawierającego wystarczającą ilość węgla działaniu kwasu siarkowego.

To prawda, że ​​idee „czystego chemika” Mendelejewa początkowo nie odniosły sukcesu w przypadku geologów, którzy wierzyli, że eksperymenty przeprowadzone w laboratorium znacznie różnią się od procesów zachodzących w przyrodzie.

Jednak nieoczekiwanie węglikowa lub, jak to się nazywa, abiogenna teoria pochodzenia ropy naftowej otrzymała nowe dowody - od astrofizyków. Badania widm ciał niebieskich wykazały, że związki węgla i wodoru znajdują się w atmosferze Jowisza i innych dużych planet, a także w gazowych powłokach komet. Cóż, skoro węglowodory są szeroko rozpowszechnione w kosmosie, oznacza to, że w przyrodzie nadal zachodzą procesy syntezy substancji organicznych z nieorganicznych. Ale właśnie na tym opiera się teoria Mendelejewa.

Tak więc dzisiaj istnieją dwa punkty widzenia na temat natury pochodzenia ropy naftowej. Jeden jest biogenny. Według niej olej powstał ze szczątków zwierząt lub roślin. Druga teoria jest abiogenna. Został szczegółowo opracowany przez D.I. Mendelejewa, który zasugerował, że olej w naturze można syntetyzować ze związków nieorganicznych.

I choć większość geologów nadal wyznaje teorię biogeniczną, echa tych sporów nie ucichły do ​​dziś. Cena prawdy w tym przypadku jest zbyt wysoka. Jeśli zwolennicy teorii biogenicznej mają rację, to prawdziwa jest także obawa, że ​​powstałe dawno temu rezerwy ropy naftowej mogą wkrótce się skończyć. Jeśli prawda jest po stronie ich przeciwników, to prawdopodobnie te obawy są daremne. Przecież trzęsienia ziemi nawet teraz prowadzą do powstawania uskoków w skorupie ziemskiej, na planecie jest wystarczająco dużo wody, jej rdzeń, według niektórych danych, składa się z czystego żelaza... Jednym słowem wszystko to pozwala mieć nadzieję że ropa naftowa powstaje dziś w głębinach, co oznacza, że ​​nie ma się co obawiać, że jutro może się ona skończyć.

Zobaczmy, jakie argumenty podają zwolennicy jednej i drugiej hipotezy na obronę swoich punktów widzenia.

Ale najpierw kilka słów o budowie Ziemi. Pomoże nam to szybko zrozumieć logiczne konstrukcje naukowców. Mówiąc najprościej, Ziemia to trzy kule umieszczone wewnątrz siebie. Górna skorupa to stała skorupa ziemska. Płaszcz znajduje się głębiej. I wreszcie, w samym centrum znajduje się rdzeń. Ten podział materii, który rozpoczął się 4,5 miliarda lat temu, trwa do dziś. Pomiędzy skorupą, płaszczem i jądrem zachodzi intensywna wymiana ciepła i masy, co pociąga za sobą wszystkie konsekwencje geologiczne – trzęsienia ziemi, erupcje wulkanów, ruchy kontynentów…

PARADA NIEORGANICZNA

Pierwsze próby wyjaśnienia pochodzenia ropy naftowej sięgają starożytności. Zachowało się na przykład stwierdzenie starożytnego greckiego naukowca Strabona, który żył około 2000 lat temu: „W regionie Apollińczyków jest miejsce zwane Nymphaeum” – napisał – „jest to skała ziejąca ogniem i pod nim przepływają źródła ciepłej wody i asfaltu, prawdopodobnie pochodzącego ze spalania pod ziemią bloków asfaltowych…”.

Strabon połączył w całość dwa fakty: erupcje wulkanów i powstawanie asfaltów (jak nazywał ropę). I... myliłem się! We wspomnianych przez niego miejscach nie ma aktywnych wulkanów. Nie istniały nawet dwadzieścia wieków temu. To, co Strabon wziął za erupcje, to w rzeczywistości wybuchy, czyli przebicia wód gruntowych (tzw. wulkany błotne), które towarzyszą uwalnianiu się ropy i gazu na powierzchnię. A dziś podobne zjawiska można zaobserwować w Abszeronie i na półwyspie Taman.

Jednak pomimo błędu w rozumowaniu Strabona można było dostrzec rozsądne ziarno – jego interpretacja pochodzenia oliwy miała podłoże materialistyczne. Linia ta została przerwana na długi czas. Dopiero w 1805 roku, na podstawie własnych obserwacji poczynionych w Wenezueli, na opisach erupcji Wezuwiusza, słynny niemiecki przyrodnik A. Humboldt ponownie powrócił do materialistycznego punktu widzenia. „...Nie możemy wątpić” – pisze – „że ropa naftowa jest produktem destylacji na ogromnych głębokościach i pochodzi z prymitywnych skał, pod którymi spoczywa energia wszelkich zjawisk wulkanicznych”.

Nieorganiczna teoria pochodzenia ropy krystalizowała się stopniowo i zanim Mendelejew przedstawił swoją teorię węglikowego pochodzenia ropy, substancje nieorganiczne zgromadziły wystarczającą liczbę faktów i rozumowań. A kolejne lata wzbogaciły ich zbiory o nowe informacje.

W latach 1877-1878 francuscy naukowcy, stosując kwas solny na żeliwie lustrzanym i parę wodną na żelazie w temperaturze białej, uzyskali wodór i znaczną ilość węglowodorów, które nawet pachniały olejem.

Oprócz hipotezy wulkanicznej zwolennicy abiogennego pochodzenia ropy mają także hipotezę kosmiczną. Geolog V.D. Sokołow zasugerował w 1889 r., że w tym odległym okresie, kiedy cała nasza planeta była jeszcze skrzepem gazu, w składzie tego gazu obecne były również węglowodory. Gdy gorący gaz ostygł i przeszedł w fazę ciekłą, węglowodory stopniowo rozpuszczały się w ciekłej magmie. Kiedy skorupa ziemska zaczęła tworzyć się z ciekłej magmy, zgodnie z prawami fizyki nie mogła już zawierać węglowodorów. Zaczęły być uwalniane wzdłuż pęknięć skorupy ziemskiej, wznosiły się do jej górnych warstw, kondensując i tworząc tutaj nagromadzenia ropy i gazu.

Już w naszych czasach obie hipotezy - wulkaniczna i kosmiczna - zostały połączone w jedną całość przez nowosybirskiego badacza V. Salnikowa. Wykorzystał założenie, że planeta, która w swoim składzie zawierała dużą ilość węglowodorów, znajdując się na zbyt niskiej orbicie, była stopniowo spowalniana przez górne warstwy atmosfery i ostatecznie spadła na Ziemię, jak to ma miejsce w przypadku sztucznych satelitów. Ostry wstrząs zintensyfikował aktywność wulkaniczną i górotwórczą. Miliardy ton popiołu wulkanicznego i potężne strumienie błota zasypały przywiezione z kosmosu węglowodory, zakopując je w głębokich głębinach, gdzie pod wpływem wysokich temperatur i ciśnienia zamieniły się w ropę i gaz.

Na poparcie swoich wniosków Salnikov wskazuje na niezwykłą lokalizację złóż ropy i gazu. Łącząc duże strefy odkrytych złóż, uzyskał system równoległych linii sinusoidalnych, który jego zdaniem bardzo przypomina rzuty trajektorii sztucznych satelitów Ziemi.

Opowieści o hipotezach nieorganicznych nie można uznać za kompletną bez wspomnienia słynnego geologa naftowego N.A. Kudryavtseva. W latach 50. zebrał i podsumował ogromny materiał geologiczny na polach naftowych i gazowych świata.

Przede wszystkim Kudryavtsev zwrócił uwagę na fakt, że wiele złóż ropy i gazu znajduje się pod strefami głębokich uskoków skorupy ziemskiej. Sam taki pomysł nie był nowy: D.I. Mendelejew zwrócił uwagę na tę okoliczność. Ale Kudryavtsev znacznie rozszerzył geografię zastosowania takich wniosków i głębiej je uzasadnił.

Na przykład na północy Syberii, w rejonie tzw. Szybu Markhininskiego, bardzo częste są wycieki ropy na powierzchnię. Do głębokości dwóch kilometrów wszystkie skały są dosłownie nasycone ropą. Jednocześnie, jak wykazała analiza, ilość węgla powstającego jednocześnie ze skałą jest niezwykle mała - 0,02-0,4%. Jednak w miarę oddalania się od szybu zwiększa się ilość skał bogatych w związki organiczne, natomiast ilość ropy gwałtownie maleje.

Na podstawie tych i innych danych Kudryavtsev argumentuje, że potencjał naftowo-gazowy wezbrania Markhininsky'ego jest najprawdopodobniej powiązany nie z materią organiczną, ale z głębokim uskokiem, który dostarcza ropę z wnętrzności planety.

Podobne formacje istnieją w innych regionach świata. Na przykład w stanie Wyoming (USA) mieszkańcy od dawna ogrzewają swoje domy kawałkami asfaltu, które wydobywają ze szczelin w górach sąsiednich Gór Miedzianych. Ale same granity, z których składają się te góry, nie są w stanie gromadzić ropy i gazu. Minerały te mogą pochodzić z głębi ziemi jedynie poprzez powstałe pęknięcia.

Ponadto w fajkach kimberlitowych – tych samych, w których natura syntetyzowała diamenty, odkryto ślady ropy. Takie kanały wybuchowego pękania skorupy ziemskiej, powstałe w wyniku przebicia się głębokich gazów i magmy, mogą okazać się całkiem odpowiednim miejscem do powstawania ropy i gazu.

Podsumowując te i wiele innych faktów, Kudryavtsev stworzył swoją magmową hipotezę o pochodzeniu ropy. W płaszczu Ziemi pod ciśnieniem i w wysokich temperaturach z węgla i wodoru powstają najpierw rodniki węglowodorowe CH, CH2 i CH3. Poruszają się w płaszczu z obszarów o wysokim do niskiego ciśnienia. A ponieważ różnica ciśnień jest szczególnie zauważalna w strefie uskoku, węgiel kierowany jest przede wszystkim tutaj. Dostając się do warstw skorupy ziemskiej, węglowodory w mniej nagrzanych strefach reagują ze sobą oraz z wodorem, tworząc ropę. Powstała wówczas ciecz może przemieszczać się zarówno w pionie, jak i w poziomie wzdłuż pęknięć w skale, gromadząc się w pułapkach.

Opierając się na koncepcjach teoretycznych, Kudryavtsev zalecał poszukiwanie ropy nie tylko w górnych warstwach, ale także głębiej. Prognoza ta doskonale się potwierdza, a głębokość wierceń zwiększa się z roku na rok.

W połowie lat 60. udało się odpowiedzieć na tak ważne pytanie: „Dlaczego tak „delikatne” związki węglowodorowe, z których składa się ropa, nie rozpadają się w trzewiach Ziemi na pierwiastki chemiczne w wysokich temperaturach?” Rzeczywiście, taki rozkład można łatwo zaobserwować nawet w szkolnym laboratorium. Na takich reakcjach opiera się niszczycielska rafinacja ropy naftowej. Okazało się, że w przyrodzie jest odwrotnie - z prostych związków powstają złożone związki... Matematyczne modelowanie reakcji chemicznych udowodniło, że taka synteza jest całkiem do przyjęcia, jeśli do wysokich temperatur dodamy wysokie ciśnienia. Obydwa, jak wiadomo, są dostępne w obfitości w trzewiach ziemi.

Różnie eksperci postrzegają powszechną prognozę rychłego (za 30–50 lat) wyczerpania się zasobów ropy. Większość z szacunkiem („tak jest”), inni ze sceptycyzmem („zasoby ropy są nieograniczone!”), a jeszcze inni z żalem („może to trwać wieki…”). „Popular Mechanics” postanowił przyjrzeć się temu zagadnieniu.

Tworzenie się oleju zgodnie z teorią biogeniczną

Wielkość wydobycia ropy na polu White Tiger na szelfie wietnamskim przekroczyła najbardziej optymistyczne prognozy geologów i natchnęła wielu pracowników naftowych nadzieją, że na dużych głębokościach składowane są ogromne rezerwy „czarnego złota”.

1494−1555: Georgius Agricola, lekarz i metalurg. Do XVIII wieku istniało wiele ciekawych wersji pochodzenia oliwy (z „tłuszczu ziemnego pod wpływem wód potopu”, z bursztynu, z moczu wielorybów itp.). W 1546 roku George Agricola napisał, że ropa naftowa jest pochodzenia nieorganicznego, a węgle powstają w wyniku jej zagęszczenia i zestalenia

1711-1765: Michajło Wasiljewicz Łomonosow, encyklopedysta naukowiec - chemik, fizyk, astronom itp. Jeden z pierwszych wyraził naukową koncepcję pochodzenia oleju z pozostałości roślinnych poddanych zwęgleniu i ciśnieniu w warstwach ziemi („ Na warstwach ziemi”, 1763): „Brązowa i czarna substancja oleista jest wydalana z węgli przygotowywanych przez podziemne ciepło…”

1834−1907: Dmitrij Iwanowicz Mendelejew, chemik, fizyk, geolog, meteorolog itp. Początkowo podzielał pogląd o organicznym pochodzeniu ropy naftowej (w wyniku reakcji zachodzących na dużych głębokościach, w wysokich temperaturach i ciśnienia pomiędzy żelazem węglowym a wodą wypływającą z powierzchni ziemi). Później trzymano się wersji „nieorganicznej”.

1861-1953: Nikołaj Dmitriewicz Zelinski, chemik organiczny. Wniósł znaczący wkład w rozwiązanie problemu pochodzenia ropy naftowej. Wykazano, że niektóre związki węgla wchodzące w skład zwierząt i roślin, w niskich temperaturach i odpowiednich warunkach, mogą tworzyć produkty podobne składem chemicznym i właściwościami fizycznymi do oleju

1871−1939: Iwan Michajłowicz Gubkin, geolog naftowy. Założyciel radzieckiej geologii naftowej, zwolennik teorii biogenicznej. Podsumował wyniki badań natury ropy naftowej i doszedł do wniosku: proces jej powstawania jest ciągły; obszary skorupy ziemskiej, które w przeszłości były niestabilne, na granicach obszarów osiadań i wypiętrzeń, są najbardziej sprzyjające tworzeniu się ropy

Z grubsza rzecz biorąc, nikt nie wie, na ile lat wystarczą zapasy ropy. Co bardziej zaskakujące, do dziś nikt nie jest w stanie dokładnie powiedzieć, jak powstaje ropa naftowa, chociaż debatuje się nad tym od XIX wieku. Naukowcy, w zależności od swoich przekonań, byli podzieleni na dwa obozy.

Obecnie wśród specjalistów na świecie dominuje teoria biogeniczna. Stwierdza, że ​​ropa naftowa i gaz ziemny powstały z pozostałości organizmów roślinnych i zwierzęcych w wieloetapowym procesie trwającym miliony lat. Według tej teorii, której jednym z założycieli był Michajło Łomonosow, zasoby ropy są niezastąpione i wszystkie jej złoża kiedyś się skończą. Nieodnawialne, oczywiście, biorąc pod uwagę przemijalność cywilizacji ludzkich: pierwszy alfabet i energię jądrową dzieli nie więcej niż cztery tysiące lat, podczas gdy wytworzenie nowej ropy z obecnych pozostałości organicznych będzie wymagało milionów. Oznacza to, że nasi niezbyt odlegli potomkowie będą musieli sobie najpierw poradzić bez ropy, a potem bez gazu…

Zwolennicy teorii abiogenicznej patrzą w przyszłość z optymizmem. Wierzą, że zasoby ropy i gazu wystarczą nam na wiele stuleci. Dmitrij Iwanowicz Mendelejew podczas pobytu w Baku dowiedział się kiedyś od geologa Hermana Abicha, że ​​pola naftowe bardzo często geograficznie są ograniczone uskokami – szczególnym rodzajem pęknięć w skorupie ziemskiej. W tym samym czasie słynny rosyjski chemik przekonał się, że węglowodory (ropa i gaz) powstają ze związków nieorganicznych głęboko pod ziemią. Mendelejew uważał, że podczas procesów górotwórczych, poprzez pęknięcia przecinające skorupę ziemską, wody powierzchniowe przenikają w głąb Ziemi, tworząc masy metali i reagują z węglikami żelaza, tworząc tlenki metali i węglowodory. Węglowodory przedostają się następnie przez pęknięcia do górnych warstw skorupy ziemskiej i tworzą złoża ropy i gazu. Według teorii abiogennej powstanie nowej ropy nie będzie musiało czekać milionów lat; jest to zasób całkowicie odnawialny. Zwolennicy teorii abiogenicznej są pewni, że na odkrycie czekają nowe złoża na dużych głębokościach, a obecnie badane zasoby ropy mogą okazać się nieistotne w porównaniu z tymi, które są jeszcze nieznane.

Szukam dowodów

Geolodzy są jednak bardziej pesymistami niż optymistami. Przynajmniej mają więcej powodów, aby zaufać teorii biogenicznej. Już w 1888 roku niemieccy naukowcy Gefer i Engler przeprowadzili eksperymenty, które udowodniły możliwość otrzymania oleju z produktów zwierzęcych. Podczas destylacji oleju rybnego w temperaturze 4000C i pod ciśnieniem około 1 MPa wyodrębniono z niego węglowodory nasycone, parafinę i oleje smarowe. Później, w 1919 r., Akademik Zelinski z organicznych osadów z dna jeziora Bałchasz, głównie pochodzenia roślinnego, podczas destylacji uzyskał surową smołę, koks i gazy - metan, CO, wodór i siarkowodór. Następnie wyekstrahował z żywicy benzynę, naftę i oleje ciężkie, udowadniając doświadczalnie, że olej można otrzymać także z organicznej materii roślinnej.

Zwolennicy nieorganicznego pochodzenia ropy naftowej musieli skorygować swoje poglądy: teraz nie zaprzeczali pochodzeniu węglowodorów z materii organicznej, ale wierzyli, że można je uzyskać w alternatywny, nieorganiczny sposób. Wkrótce mieli już własne dowody. Badania spektroskopowe wykazały, że proste węglowodory występują w atmosferze Jowisza i innych planet-olbrzymów, a także ich satelitów oraz w gazowych powłokach komet. Oznacza to, że jeśli w przyrodzie zachodzą procesy syntezy substancji organicznych z nieorganicznych, to nic nie stoi na przeszkodzie, aby na Ziemi powstawały węglowodory z węglików. Wkrótce odkryto inne fakty, które nie były zgodne z klasyczną teorią biogeniczną. W wielu odwiertach naftowych zasoby ropy nieoczekiwanie zaczęły się odbudowywać.

Magia oleju

Jeden z pierwszych takich paradoksów odkryto na polu naftowym w regionie Tersko-Sunzha, niedaleko Groznego. Pierwsze odwierty wykonano tu już w 1893 roku, w miejscach naturalnych złóż ropy.

W 1895 roku z jednego ze studni z głębokości 140 m wydobył się ogromny wylew ropy. Po 12 dniach wytrysku ściany stodoły naftowej zawaliły się, a wypływ ropy zalał wiertnice pobliskich studni. Dopiero trzy lata później udało się ujarzmić fontannę, po czym wyschła i przeszli z fontannowej metody wydobywania ropy na metodę pompowania.

Na początku Wielkiej Wojny Ojczyźnianej wszystkie studnie były mocno podlewane, a niektóre z nich zostały zablokowane przez mole. Po nastaniu pokoju przywrócono produkcję i ku zaskoczeniu wszystkich prawie wszystkie studnie głębinowe zaczęły wydobywać bezwodną ropę naftową! W niewytłumaczalny sposób studnie otrzymały „drugi wiatr”. Po kolejnym półwieczu sytuacja się powtórzyła. Na początku wojen czeczeńskich studnie ponownie mocno podlano, ich natężenie przepływu znacznie spadło, a podczas wojen nie były eksploatowane. Po wznowieniu produkcji tempo produkcji znacznie wzrosło. Co więcej, pierwsze małe odwierty zaczęły ponownie pompować ropę przez pierścień na powierzchnię ziemi. Zwolennicy teorii biogenicznej byli w błędzie, natomiast „nieorganiczne” łatwo wyjaśniły ten paradoks faktem, że w tym miejscu ropa jest pochodzenia nieorganicznego.

Coś podobnego wydarzyło się na jednym z największych pól naftowych świata, Romaszkinskoje, eksploatowanym od ponad 60 lat. Zdaniem geologów tatarskich ze odwiertów złoża można było wydobyć 710 mln ton ropy. Jednak do tej pory wydobyto tu już prawie 3 miliardy ton ropy! Klasyczne prawa geologii ropy i gazu nie są w stanie wyjaśnić zaobserwowanych faktów. Niektóre odwierty zdawały się pulsować: spadek wydajności został nagle zastąpiony długoterminowym wzrostem. Pulsujący rytm odnotowano także w wielu innych studniach na terenie byłego ZSRR.

Nie sposób nie wspomnieć o polu „Biały Tygrys” na szelfie wietnamskim. Od samego początku wydobycia ropy naftowej „czarne złoto” wydobywano wyłącznie z warstw osadowych; tutaj przewiercono warstwy osadowe (około 3 km), wprowadzono je w fundament skorupy ziemskiej i wypłynęła studnia. Co więcej, zdaniem geologów z odwiertu można było wydobyć około 120 milionów ton, ale nawet po wydobyciu tej objętości ropa nadal wypływała z głębin pod dobrym ciśnieniem. Ta dziedzina postawiła przed geologami nowe pytanie: czy ropa gromadzi się wyłącznie w skałach osadowych, czy też może znajdować się w skałach piwnicznych? Jeśli w fundamencie będzie także ropa, to światowe zasoby ropy i gazu mogą być znacznie większe, niż nam się wydaje.

Szybki i nieorganiczny

Co powoduje „drugi wiatr” wielu odwiertów, który jest niewytłumaczalny z punktu widzenia klasycznej geologii ropy i gazu? „Na polu Tersko-Sunżenskoje i niektórych innych ropa może powstawać z materii organicznej, ale nie w ciągu milionów lat, jak przewiduje geologia klasyczna, ale w ciągu kilku lat” – mówi kierownik wydziału geologii Rosji Państwowy Uniwersytet Nafty i Gazu. ICH. Gubkin Wiktor Pietrowicz Gawriłow. „Proces jego powstawania można porównać do sztucznej destylacji materii organicznej, podobnej do eksperymentów Gefera i Zelinskiego, ale prowadzonej przez samą naturę. Takie tempo tworzenia się ropy stało się możliwe dzięki cechom geologicznym obszaru, gdzie wraz z dolną częścią litosfery część osadów jest wciągana do górnego płaszcza Ziemi. Tam, w warunkach wysokich temperatur i ciśnień, zachodzą szybkie procesy niszczenia materii organicznej i syntezy nowych cząsteczek węglowodorów.”

Według profesora Gawriłowa na polu Romaszkinskoje działa inny mechanizm. Tutaj, w grubości skał krystalicznych skorupy ziemskiej, w piwnicy, leży gruba warstwa gnejsów wysokoglinowych, licząca ponad 3 miliardy lat. Te starożytne skały zawierają dużo (do 15%) grafitu, z którego w wysokich temperaturach w obecności wodoru powstają węglowodory. Wzdłuż uskoków i pęknięć wznoszą się do porowatej warstwy osadowej skorupy.

Istnieje inny mechanizm szybkiego uzupełniania zasobów węglowodorów, odkryty w zachodnio-syberyjskiej prowincji naftowo-gazowej, gdzie koncentruje się połowa wszystkich zasobów węglowodorów w Rosji. Tutaj, zdaniem naukowca, w zakopanej dolinie ryftowej starożytnego oceanu zachodziły i zachodzą procesy powstawania metanu z substancji nieorganicznych, jak u „czarnych palaczy” (patrz pasek boczny). Jednak lokalna dolina ryftowa jest blokowana przez osady, co uniemożliwia rozprzestrzenianie się metanu i powoduje jego koncentrację w zbiornikach skalnych. Gaz ten zasilał i nadal zasila całą Nizinę Zachodniosyberyjską węglowodorami. Tutaj ze związków organicznych szybko powstaje olej. Czy zawsze będą tu węglowodory?

„Jeśli zbudujemy nasze podejście do zagospodarowania złóż na nowych zasadach” – odpowiada profesor, „skoordynujemy tempo wydobycia z szybkością odbioru węglowodorów z ośrodków wytwórczych na tych terenach, odwierty będą działać przez setki lat”.

Ale to zbyt optymistyczny scenariusz. Rzeczywistość jest bardziej okrutna: aby uzupełnić rezerwy, ludzkość będzie musiała porzucić „brutalne” technologie wydobywcze. Ponadto konieczne będzie wprowadzenie specjalnych okresów rekultywacyjnych, czasowo zaprzestając eksploatacji złóż. Czy możemy to zrobić w obliczu rosnącej liczby ludności na świecie i rosnących potrzeb? Ledwie. Przecież poza energią jądrową ropa naftowa nie ma jeszcze godnej alternatywy.

Już sto lat temu Dmitrij Iwanowicz Mendelejew krytycznie stwierdził, że spalanie ropy naftowej jest jak palenie banknotów w piecu. Gdyby ten wielki chemik żył dzisiaj, pewnie nazwałby nas najbardziej szalonym pokoleniem w historii cywilizacji. I może się mylę – nasze dzieci wciąż mogą nas przewyższyć. Ale wnuki najprawdopodobniej nigdy nie będą miały takiej szansy…

Zasadniczo istnieją dwie teorie pochodzenia ropy i gazu – organiczna (migracja osadowo-migracyjna) i nieorganiczna (abiogenna). Należy od razu zauważyć, że zdecydowana większość naukowców i geologów naftowych zajmujących się praktycznie poszukiwaniem ropy i gazu opowiada się za teorią organicznego pochodzenia ropy. Część naukowców w naszym kraju broni jednak abiogennej genezy ropy.

Podstawy teorii nieorganicznego pochodzenia ropy i gazu położył w 1877 r. wielki rosyjski naukowiec D.I. Mendelejew.

D.I. Mendelejew uważał, że węglowodory powstają głęboko w trzewiach Ziemi w wyniku interakcji węglików metali ciężkich z wodą wypływającą z powierzchni wzdłuż uskoków. Następnie pod ciśnieniem przegrzanej pary mieszanina tych węglowodorów unosi się wzdłuż tych samych uskoków do górnej części skorupy ziemskiej. Panują tu niskie ciśnienia i znacznie niższe temperatury, dlatego gazowe węglowodory ulegają kondensacji i gromadzeniu się.

Najbardziej przekonujące zastrzeżenia wobec teorii węglików D. I. Mendelejewa wyraził I. M. Gubkin. Po pierwsze, w skorupie ziemskiej nie ma uskoków wnikających do płaszcza, a nawet jądra na głębokość 2900 km; po drugie, nie udowodniono, że głębokie skały zawierają węgliki metali.

Czynniki biologiczne i chemiczne również przemawiają przeciwko nieorganicznemu pochodzeniu węglowodorów. Takich uzasadnionych zastrzeżeń jest wiele.

N. B. Vassoevich przedstawia przekonujący argument na rzecz biologicznego pochodzenia związków węgla zawartych w starożytnych skałach. Zwraca uwagę, że w przyrodzie występują dwa izotopy węgla – 12 C i 13 C, a w organizmach żywych izotopu 13 C jest mniej niż w minerałach. Niedobór izotopu 13 C w oleju jednoznacznie rozwiązuje kwestię jego związku z przyrodą żywą.

A.I. Kravtsov uważa, że ​​ropa mogła powstać z metanu, ale sam metan powstał nie w wyniku rozkładu materii organicznej pochodzenia zwierzęcego, ale w wyniku syntezy z wodoru i tlenku lub dwutlenku węgla pochodzących z podskórnych głębin Ziemia wzdłuż głębokich uskoków, które można prześledzić aż do płaszcza. Ponadto A.I. Kravtsov dostarcza danych, że w całej historii Ziemi aktywność wulkaniczna była średnio równa aktywności współczesnej i podaje następujący przykład. W ciągu 83 milionów lat na powierzchnię samych Wysp Kurylskich wydobyto na powierzchnię 9,0 * 10 19 t H 2, 2,7 * 10 11 t CO, 2,7 * 10 11 t CH 4, 9,0 * 10 14 t CO 2. Następnie stwierdza, że ​​cząsteczki metanu mają zdolność polimeryzacji do ciężkich węglowodorów pod wpływem katalitycznego działania krzemianów, a także zawartych w skałach tlenków żelaza i niklu. Według tego samego naukowca większość początkowych nagromadzeń węglowodorów reprezentowana jest głównie przez metan i jego lekkie homologi - „suchy gaz”, stopniowo zamieniający się w kondensat składający się z „gazu płynnego”; ten ostatni zamienia się następnie w lekkie oleje benzynowe, które następnie w odpowiednich warunkach termodynamicznych stają się coraz cięższe, aż zamieniają się w bitum. Stąd wniosek, że regiony gazowe i naftowe należy kojarzyć nie z basenami sedymentacyjnymi, ale ze strefami głębokich uskoków wnikających w płaszcz i ułatwiających uwalnianie się z niego gazów.

To współczesne idee jednego ze zwolenników nieorganicznego (abiogennego) pochodzenia ropy i gazu.

Teorię organicznego pochodzenia ropy naftowej z powodzeniem opracował I. M. Gubkin. Według jego poglądów materiałem wyjściowym do powstania ropy są tłuszcze, woski i inne związki, a węgla – lignina, błonnik itp. W środowisku utleniającym (przy dostępie tlenu) materia organiczna przekształca się w węgiel, a w środowisku redukującym - w węglowodory naftowe.

W ostatnich latach wielu naukowców z sukcesem bada problem pochodzenia ropy naftowej. Szczególnie interesująca jest teoria N.B. Vassoevicha na temat jej powstawania podczas migracji osadów. Według autora tej teorii ropa powstaje w skałach osadowych w postaci równomiernie rozproszonej substancji bitumicznej, którą nazywa mikroolejem, z planktonu zawierającego substancje tłuszczowe. Całkowita zawartość rozproszonych węglowodorów w kontynentalnym sektorze stratisfery wynosi około (70-80) 10 12 m. Następnie wraz ze wzrostem głębokości macierzystych warstw osadowych następuje „dojrzewanie” mikrooleju. Głównymi czynnikami stymulującymi ten proces są temperatura, czas ekspozycji i ciśnienie. Główna faza powstawania oleju charakteryzuje się zakresem temperatur 60-150°C i ciśnieniem od 15 do 45 MPa. Takie warunki obserwuje się zwykle na głębokości 1500-5000 m. W fazie głównej powstają nie tylko ciekłe węglowodory, ale także warunki do ich migracji ze skał macierzystych.

Według I. O. Broda i N. B. Vassoevicha obszary roponośne i gazonośne to zagłębienia w skorupie ziemskiej, zwane zwykle basenami skał osadowych. Baseny te powstawały przez miliony i dziesiątki milionów lat. N.B. Vassoevich i inni naukowcy wskazują, że obszary takich zagłębień sięgają wielu tysięcy, a nawet setek tysięcy kilometrów kwadratowych, a objętość wypełniających je skał waha się od n10 3 do n10 6 km 3. Baseny te są kolebką ropy naftowej.

Wraz z powstawaniem ropy naftowej następuje proces wytwarzania gazów węglowodorowych.

Prace poszukiwawcze prowadzone w basenach sedymentacyjnych na kontynentach corocznie zapewniają wzrost zasobów ropy i gazu. Ropa naftowa i gaz czają się na dnie mórz, w basenach sedymentacyjnych powstałych niemal wszędzie w strefie szelfu (i stoku kontynentalnego) wokół kontynentów.

Podsumowując dyskusję na temat pochodzenia ropy i gazu, należy podkreślić, że głównym źródłem ich powstawania jest materia węglowa zakopana w skałach osadowych. Obecnie zgromadzono na ten temat duży, przekonujący i dokładnie zweryfikowany materiał faktograficzny i eksperymentalny.

Zatem teoria organicznego pochodzenia ropy i gazu, czyli migracji osadów, jest najbardziej akceptowalna. Prognozując zawartość ropy i gazu w podłożu oraz poszukując ropy i gazu, geolodzy zwykle kierują się teorią przedstawioną powyżej.