Химия нефти

Размещено на Allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Дальневосточный Федеральный Университет

Школа Естественных Наук

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Общая химия»

На тему «Химия нефти»

Владивосток - 2015



Введение

Значение нефти в современном мире исключительно велико. Она играет ведущую роль в мировой экономике; используется в производстве топлива, полимеров и резины, строительных материалов, масел и смазочных компонентов, лакокрасочных изделий и т.д.

На начало 2014 г. мировые доказанные запасы нефти составляют 1,688 трлн баррелей (1 баррель=159 литров). По оценкам экспертов этого хватит на 50-60 лет. Это не так много, как кажется на первый взгляд, поэтому сегодня идет активная разработка труднодоступных нефтяных месторождений, и поиск новых залежей углеводородов нефти.

Я считаю, что для того чтобы более эффективно вести поиск и разработку нефтяных месторождений необходимо знать условия образования углеводородов нефти. Это очень сложный вопрос, так как здесь тесно переплетаются проблемы химии, физики, геологии, геохимии и биохимии.

Я выбрала эту тему, потому что вопрос о происхождении нефти имеет не только теоритическое, но и практическое значение. Изучение условий образования углеводородов необходимо для определения критериев возможного нахождения месторождений углеводородов при их поиске. Зная эти критерии и то, как образуются нефть, мы можем подходить к открытию новых месторождений независимо от существования обычных видимых признаков нефтегазоносности. «Зная, где, из чего и при каких условиях образуется нефть, мы можем искать эти условия в природе и подходить к открытию новых нефтеносных областей, независимо от существования обычных видимых признаков нефтегазоносности в виде выходов нефти, газов и т.д.» - А.Д. Архангельский.



1. Общие сведения о нефти

1.1 Историческая справка

Нефть известна человечеству с древних времен. В древнем Вавилоне битум использовался в строительстве зданий. Древние египтяне применяли асфальт (окисленная форма нефти) при бальзамировании. Во времена Византийской империи нефть являлась составной частью зажигательного средства, вошедшего в историю под названием «греческий огонь». Оно было грозным оружием, так как попытки потушить его водой только усиливали горение. Его точный состав утерян, но ученые предполагают, что это была смесь различных нефтепродуктов и других горючих веществ.

В средние века нефть применялась для освещения улиц в ряде городов Ближнего Востока, Южной Италии и др. В начале XIX в. в России, а в середине XIX в. в Америке из нефти было получено осветительное масло, названное керосином.

До середины XIX века нефть добывалась в небольших количествах, так как спрос на нее был небольшой. Но в связи с бурным ростом промышленности и использованием паровых машин спрос на нефть стал расти. Внедрение в конце 60-х годов ХІХ века бурения нефтяных скважин считается началом зарождения нефтегазовой промышленности.

На рубеже XIX-XX вв. были изобретены дизельный и бензиновый двигатели внутреннего сгорания. Внедрение их в практику привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.

Интересный факт. Знали ли вы, что благодаря нефти киты были спасены от полного истребления. Дело в том, что китовый жир в XIX веке использовался в осветительных лампах, для изготовления свечей, как смазка для часовых механизмов и т.д. Из-за повышенного спроса, охота на китов к середине XIX века привела к почти полному вымиранию этих животных. Но благодаря более дешевому керосину и открытию безопасного использования его в качестве источника освещения, спрос на китовый жир начал резко снижаться.

Есть несколько версий значения слова нефть. Так с турецкого нефть означает «нечто исторгаемое (землею)». По другим источникам слово нефть произошло от аккадского напатум, что означает «вспыхивать, воспламеняться». А вот китайцы (первые пробурившие нефтяную скважину в 347 н.э.) называют нефть ши йоу, что буквально значит «горное масло». Англичане и американцы называют сырую нефть petroleum - «горное масло» (греч. Petra - «горный», лат. Oleum - «масло»).

1.2 Физические свойства нефти

Нефть представляет собой горючую маслянистую жидкость, темно-коричневого или черного цвета (в зависимости от содержания асфальтовых и смолистых веществ цвет нефти колеблется в широких пределах: от коричневого, черного до красноватого, желтого и светло-желтого, встречается почти бесцветная, так называемая «белая нефть».)

Одной из главных характеристик нефти является плотность, которая укладывается в пределы 0,65 - 1,05 г/см3; нефть плотность которой ниже 0,83г/см3 называется легкой, 0,831 - 0,860 - средний, выше 0,860 - тяжелой. Плотность сильно зависит от температуры и давления, чем выше температура тем плотность меньше; с возрастанием давления плотность увеличивается.

При добыче и транспортировке нефти большое значение имеет такое ее свойство, как вязкость. Вязкостью называется внутреннее сопротивление (трение) отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. С повышением температуры она уменьшается, так как увеличивается расстояние между молекулами. Поэтому при добыче и дальнейшей транспортировке по трубопроводам тяжелые нефти требуют подогрева. При 80-100°С вязкость тяжелых нефтей приближается к вязкости легких.

Поверхностное натяжение. Поверхностным натяжение называется сила, с которой жидкость сопротивляется увеличению своей поверхности. При переходе от легких нефтей к тяжелым поверхностное натяжение их в воздухе повышается (25-30 мН/м); для поверхностного натяжения на границе с водой наблюдается тенденция к понижению. Поверхностное натяжение имеет первостепенное значение в вопросах применения некоторых нефтей и нефтепродуктов: смазочных масел, керосина и др.

Наиболее ценное свойство нефти - то, что при горении она выделяет большое количества тепла. Отношение количества теплоты, выделяющейся при горении, к массе сгоревшего до конца (т.е. до образования углекислоты и воды) вещества называется теплотой горения нефти. Удельная теплота сгорания (43,7--46 МДж/кг).

Так же важными характеристиками нефти являются: температура вспышки и температуры начала кипения. Вспышкой или температурой вспышки, называется температура при которой пары нефти или нефти продукта в смеси с воздухом дают при приближении пламени короткое возгорание, вспышку. По вспышке мы можем составить представление об огнеопасности вещества. Температура вспышки колеблется в очень широких пределах от ?35 до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов). Температура кипения нефти (обычно >28 °C, реже ?100 °C в случае тяжёлых нефтей) не представляет собой величины постоянной, так как при постоянном повышении температуры в первую очередь закипают и начинают перегоняться наиболее легкие части данной смеси. По мере того как легкие части выкипают, их место будут занимать более тяжелые компоненты с более высокой температурой кипения.



1.3 Элементный и химический состав нефти

Многочисленными химическими анализами установлено, что нефть состоит главным образом из углерода и водорода - соответственно 79,5-87,5 и 11,0-14,5% от массы. Кроме того, в нефтях присутствуют еще три элемента - сера, кислород и азот. Доля этих элементов обычно составляет 0,5-8%. Кроме названных элементов в нефтях присутствуют очень многие элементы в том числе и металлы (Ca, Mg, Fe, Al, Si, V, Ni, Na и др.). Всего в нефти обнаружено более 50 элементов.

Указанные элементы образуют различные классы химических соединений, из которых и состоят нефти.

Как уже говорилось выше, углеводороды представляют собой главный класс химических соединений в нефтях. Установлены они в составе нефтей в 1817 г. швейцарским естествоиспытателем Н. Соссюром.

Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы. Серосодержащие -- сероводород, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полициклические и т. п. (70--90 % концентрируется в остаточных продуктах -- мазуте и гудроне); азотсодержащие -- преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины (большей частью концентрируется в тяжёлых фракциях и остатках); кислородсодержащие -- нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и другие вещества (сосредоточены обычно в высококипящих фракциях).

Нефть, которая добывается на промыслах, содержит растворенные газы, механические примеси в виде песка и глины (до 0,15%), воду (до 50% и больше), соли (от 0,0001 до 10 г/дм3). Для увеличения нефтеотдачи нефтяного пласта, предотвращения коррозии оснащения, откладывания парафинов и солей используются специальные способы. В нефть могут попадать нежелательные компоненты. Поэтому с целью обеспечения необходимого качества нефти для ее дальнейшего транспортирования и переработки на промыслах проводится соответствующая подготовка (стабилизация, обезвоживание, обессоливание нефти и др.).

Все соединения входящие в состав нефти можно разделить на группы:

1.Парафины (алканы), (30-35%, реже 40-50%) - устойчивые насыщенные соединения, характеризующиеся формулой CnH2n+2, имеют прямую или разветвленную цепь.

2.Нафтены (циклоалканы), (25-75%) - насыщенные циклические соединения, характеризующиеся формулой CnH2n, оба атома водорода в которых могут быть замещены алкильными группами.

3.Ароматические углеводороды (арены), (10-20%, реже 35%) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, характеризующиеся формулой CnHn, содержат в кольце на шесть атомов водорода меньше, чем соответствующие нафтены; атомы водорода в этих соединениях могут быть также замещены алкильными группами.

4.Гетероатомные (серо-, азот- и кислородсодержащие) и минеральные соединения, содержащиеся во всех нефтях, являются нежелательными компонентами, поскольку резко ухудшают качество получаемых нефтепродуктов, осложняют переработку (отравляют катализаторы, усиливают коррозию аппаратуры и т.д.) и обусловливают необходимость применения гидрогенизационных процессов.

1.4 Применение и экономическое значение нефти

Нефть - самый популярный сырьевой товар: ею торгуют в розницу, на биржах и даже впрок. Люди нашли применение нефти и ее компонентов во всех сферах жизнедеятельности. Если задуматься, то каждый из нас повседневно десятки раз сталкивается с нефтепродуктами.

Непосредственно сырая нефть практически не применяется. Для получения из неё технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности, её подвергают переработке. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля её в общем потреблении энергоресурсов составляет более 38% в 2013г.

Очень велико и современное экономическое значение нефти. Нефть - это уникальное и исключительно полезное ископаемое. Продукты ее переработки применяются практически во всех отраслях промышленности, на всех видах транспорта, в военном и гражданском строительстве, в сельском хозяйстве, в энергетике, в быту и т.д. Из нефти вырабатываются различные химические материалы: пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски, моющие средства, минеральное удобрения и многое другое.

Нефть и нефтепродукты зачастую определяют не только экономику и технический потенциал, но и политику государств. Так как она была, есть и остаётся ведущим ресурсом мировой экономики, самым ценным и востребованным ресурсом на планете на сегодняшний день. Из-за нефти свергают правительства и начинают войны. Именно поэтому комплексная характеристика роли нефти в мировом хозяйстве является как никогда актуальной в современном мире.

Помимо экономики, нефть и по-иному влияет на нашу жизнь. Сжигание миллионов тонн углеводородного топлива ежедневно разрушает атмосферу. Жители крупных городов задыхаются от смога. Болезни органов дыхания - настоящий бич цивилизации. Разливы нефти губят Мировой океан и почвы на материках, вызывая смерть целых видов живых существ. Провалы грунта в местах добычи угрожают целым городам. Нефть - ведущий ресурс мирового хозяйства и ещё долго им останется. Значит, необходимо заботиться не только о рыночном и хозяйственном значении нефти, но и её влиянии на жизнь Земли. Земля - наш дом, и какой мы оставим её своим детям, зависит от нас, нашего отношения к земному миру.

Итак, в первой части своего реферата я рассказала общие сведения о нефти: исторические данные, физические свойства, элементный и химический состав, а так же применение и экономическое значение. И перехожу к рассмотрению главного вопроса реферата - «происхождение углеводородов нефти».



2. Происхождение углеводородов нефти

Как уже отмечалось в введении происхождении нефти имеет огромное практическое значение. Изучение условий образования углеводородов необходимо для определения критериев возможного нахождения месторождений углеводородов при их поиске.

Для объяснения механизмов происхождения нефти и образования её залежей было выдвинуто много гипотез и теорий. Вполне законченная теория генезиса нефти должна дать достаточно подробный ответ на следующие основные вопросы:

· Из каких исходных веществ образовалась нефть?

· Какие причины обусловили образование нефти, и каков был ход нефтеобразования?

· Каким путём образовались залежи нефти?

Выдающиеся ученые мира пытаются решить эту проблему, но до сегодняшнего дня нет однозначного ответа, нет общепризнанной теории происхождения нефти. Споры ведутся вокруг двух гипотез: нефть - биогенного происхождения, т.е. производная от растений и животных, и нефть - неорганическая, образовавшаяся в земных глубинах и по трещинам поднявшаяся вверх и напитавшая пористые пласты.

2.1 Биогенное происхождения нефти

Основоположник органической теории - М.В. Ломоносов, считавший, что нефть образовалась под действием «подземного огня на окаменелые уголья», в результате чего возникали асфальты, нефти и «каменные масла». Так же большой вклад в развитие этой гипотезы внесли К. Энглер, Г. Гефер, Н.Д. Зелинский, В.И. Вернадский, А.Д. Архангельский, В.В. Вебер и др.

Нефтеобразование - длительный сложный многостадийный биохимический, термокаталитический и геологический процесс преобразования исходного органического материала в многокомпонентные непрерывные смеси углеводородов.

Рассмотрим основные процессы нефтеобразования в природе. Выделяют 5 основных стадий осадконакопления и преобразования органики в нефть.

1. Осадконакопление. После отмирания остатки растительных и животных организмов выпадают на дно морских и озерных бассейнов и накапливаются в илах, рассеиваясь среди привнесенных или образуемых на месте минеральных осадков.

2. Биохимическая стадия. Накопленный на дне бассейна органический осадок медленно преобразуется, уплотняется, частично обезвоживается за счет протекания биохимических процессов в условиях ограниченного доступа кислорода. Процесс сопровождается выделением метана, аммиака, углекислоты, сероводорода и воды. Осадок одновременно пополняется, хотя незначительно, углеводородами нефтяного ряда за счет биосинтеза их в телах бактерий и образования из липидных компонентов. В керогене несколько возрастает содержание углерода и водорода за счет деструкции периферийных гетероорганических функциональных групп молекулярной структуры органического вещества.

3. Протокатагенез. Пласт органических осадков опускается на глубину до 1,5-2 км, обуславливаемую скоростью прогибания земной коры и возрастом осадочного слоя, со скоростью 50-300 м/млн лет. Пласт покрывался слоем новых молодых осадков. По мере погружения в пласте медленно повышаются давление и температура (подъем температуры на 1°C примерно за 60-400 тыс. лет). Биохимические процессы вследствие гибели микроорганизмов полностью затухают. Активный процесс нефтеобразования происходит при температуре больше 70°С, так как даже самое продолжительное геологическое время (вплоть до 400-600 млн лет) не может компенсировать недостаток температуры. Концентрация битуминозных веществ возрастает незначительно.

4. Мезокатагенез. Осадок погружается на глубину 3-4 км, температура возрастает до 150°С. Органическое вещество подвергается активной термокаталитической деструкции с образованием значительного количества подвижных битуминозных веществ - до 30% массы, на исходный кероген сапропелитового типа. Битумоиды содержат практически весь комплекс углеводородов нефтяного ряда. Эта стадия деструкции значительной части керогена с образованием преобладающей массы нефтяных углеводородов, по предложению Н.Б. Вассоевич, получила название главной фазы нефтеобразования (ГФН). Одновременно с образованием основного количества углеводородов в ГФН происходит отгонка за счет перепада давления и эмиграционный вынос вместе с газом и водой битумоидов керогена из глинистых и карбонато-глинистых уплотняющихся осадков в проницаемые песчаные пласты-коллекторы и далее в природные резервуары макронефти. В начале ГНФ скорость генерации рассеянной нефти еще преобладает над скоростью ее эмиграции, в результате с ростом глубины наблюдается значительное обогащение органического вещества битуминозными компонентами. При дальнейшем погружении осадочных пород процесс генерации углеводородов постепенно затухает вследствие израсходования основной части керогена, а скорость их эмиграции возрастает. В результате при дальнейшем росте глубины погружения нефтематеринских пород интенсивность (скорость) генерации микронефти снижается и ГФН завершается. При эмиграции микронефти из глинистых нефтематеринских пород в прилегающие к ним пласты пористых водонасыщенных песчаников возникает хроматографическое разделение образовавшейся смеси жидких и газообразных углеводородов. Глинистый пласт представляет собой естественную хроматографическую колонку, а газы и низкокипящие углеводороды выполняют роль элюента. В природной хроматографической колонке происходит частичная задержка асфальто-смолистых веществ. В песчаный коллектор выносится смесь нефтяных углеводородов с содержанием 5-10% асфальто-смолистых веществ. Это, по существу, уже есть настоящая нефть.

5. Апокатагенез керогена происходит на глубине 4,5 км, где температура 180-250°С. Органическое веществ исчерпало свой нефтегенерирующий потенциал, продолжает реализовываться метаногенерирующий потенциал, благодаря чему эта стадия получила наименование главной фазы газообразования (ГФГ). С ростом глубины осадочных пород ниже ГФН нефть становиться более легкой с преобладанием доли алканов, обогащается низкокипящими углеводородами; залежи нефтей постепенно исчезают, замещаются сначала газоконденсатами, затем залежами природного газа, состоящего преимущественно из метана. Нефть, попав при эмиграции близко к поверхности, теряет легкие фракции, окисляется и утяжеляется. Она характеризуется повышенной плотностью, низким содержанием фракций и высоким содержанием асфальто-смолистых веществ.

Я рассмотрела каким путем образуются залежи нефти.

Из каких же исходных веществ образовалась нефть?

Сторонники биогенной теории считают, что исходным материалом для синтеза нефти являются водная растительность (планктон, водоросли) и микроорганизмы. По мнению С.А. Ахметова, в процессе образования нефти может принимать участие легко разрушаемая биоорганизмами часть органики (липиды и белки) наземной растительности.

В настоящие время большинство ученых считают наиболее обоснованными представления об органическом происхождении нефти. И для этого есть ряд причин, а точнее аргументов:

1. Биологический аргумент. В пользу «органической» гипотезы свидетельствует генетическая связь между групповыми компонентами нефти, твердых горючих ископаемых и исходных материнских веществ, а также прямые эксперименты по органическому синтезу нефти, подобной природной. Так, в нефтях обнаружен ряд органических соединений, являющихся как бы «биогенными метками» от исходного материнского вещества. Например, порфирины - структурные фрагменты хлорофилла и гемоглабина; изопреновые углеводороды; гоманоиды - свойственные сине-зеленым планктонным водорослям; микроэлементы с идентичным распределением металлов, прежде всего Ni и V; сероорганические соединения со сходным изотопным составом серы и др.

2. Геохимический аргумент. Оптическая активность-одно из фундаментальных свойств, общих для живого вещества и продуктов его преобразования. Нефти минерального синтеза в отличии от биогенного не обладают оптической активностью. Так же в пользу органической концепции говорит то, что подавляющая часть залежей нефти сосредоточена в осадочных породах Земли.

3. Космический аргумент. Результаты исследований, полученных межпланетными автоматическими станциями Венера-5,-6,-7 и американскими станциями, показали полное отсутствие углеводородов на Венере и Марсе, где не биосферы, хотя в атмосфере этих планет содержится в значительных количествах двуокиси углерода.

4. Технологический аргумент. Для подтверждения возможности органического синтеза нефти были проведены прямые лабораторные экспериментальные исследования. Впервые в мире произвел перегонку рыбьего жира немецкий химик К.Энглер, при давлении 1 Мпа и температуре 42°С он получил 61% масс. масла плотностью 0,8105, состоящее на 90% из углеводородов, преимущественно парафиновых от C₅ и выше. В тот же период были полученны углеводороды из репейного, оливкового и других растительных масел. В 1921 году японский ученый Кобаяси получил искусственную нефть при перегонки рыбьего жира без давления, но в присутствии катализатора - гидросиликата алюминия. Этот и другие подобные опыты установили, что природные алюмосиликаты - глины являются катализатором в химических реакциях нефтеобразования. Академик А.Д. Архангельский назвал глинистые породы нефтепроизводящими, или нефтематеринскими.

5. Одним из убедительных аргументов является исследование осадочных пород на присутствие углеводородов. Органические вещества в пределах от 0,2 до 0,9% от массы осадочных пород были обнаружены во всех осадочных образованиях - от докембрия до современных осадков, причем глины оказались в 2-4 раза богаче органическими веществами, чем пески и карбонаты. Содержание керогена в осадочных породах будет зависеть от состава исходного материнского вещества: его выход будет больше из наземной растительности, чем из морской.

6. Химический аргумент. Были проведены комплексные исследования более детального химизма нефтеобразования в условиях максимально моделирующих природный нефтесинтез (за исключением длительности опытов - миллионы лет). В результате установлены общие закономерности образования основных классов углеводородов нефти из отдельных групповых компонентов растений и животных организмов, а также продуктов их первичных превращений.

7. «Термодинамический» аргумент. Образование нефти из CO₂ и H₂O, из которых состояла материнская атмосфера Земли, термодинамически без фотосинтеза невозможно.

8. Физико-химический аргумент. Есть большая вероятность образование нефти в земных глубинах взаимодействием воды с карбидами металлов. Единственное доказательство этому, являющееся главным аргументом сторонников абиогенной теории, - это нефтеподобная жидкость, получаемая в лабораторных условиях по карбидному синтезу, но принципиально отличающаяся по качеству от природной нефти. Кроме того, карбиды могли образоваться в природе путем взаимодействия карбидообразующих металлов с органическими веществами при термобарических условиях подземелья. В таком случае карбидный синтез углеводородов - это промежуточная каталитическая стадия суммарного биогенного процесса рождения нефти. Из теории катализа нам известно, что металлы (и не только) - катализаторы, ускоряют химические реакции, образуя с участниками химического процесса промежуточные химические соединения, но при этом не изменяется равновесие реакций.

Итак, я рассмотрела основные положения биогенной теории происхождения нефти и объяснила почему в настоящее время эта теория более популярна.

2.2 Абиогенное происхождение нефти

нефть физический химический углеводород

Помимо биогенной теории происхождения нефти существует так же теория абиогенного происхождения углеводородов. Гипотезы неорганического происхождения нефти высказывали такие ученные как: Александр фон Гумбольдт(1805), П. Бертло(1866), В. Д. Соколов(1889), Д.И. Менделеев и др.

Несравненно более широко распространена теория органического происхождения углеводородов нефти. Как я уже писала выше, в рамках этой гипотезы, нефть образовалась подавляющим образом из переработанных органических остатков древних лесов в условиях высоких температур и давлений на глубине в несколько километров, куда эти останки будто бы попали в результате вертикальных перемещений геологических слоев. Торф из многочисленных болот Карбона под действием этих факторов будто бы превращался в разные сорта каменного угля, а при определенных условиях - в нефть.

В таком упрощенном варианте эту гипотезу нам преподносят еще в школе к качестве уже «достоверно установленной научной истины».

Популярность данной гипотезы настолько велика, что мало кто задумывался о возможности ее ошибочности. А ведь все не так хорошо, как кажется на первый взгляд и реальная практика оказывается на стороне сторонников теории абиогенного происхождения нефти.

Противоречия в теории биогенного происхождения нефти возникли в ходе самого разного рода исследований свойств углеводородов различных месторождений.

В ходе глубинного бурения на разных материках нефть была обнаружена даже в толще так называемый архейских магматических пород. А это - уже миллиарды лет назад (по принятой геологической шкале). Однако более-менее серьезная многоклеточная жизнь появилась, как считается, только в Кембрийский период - то есть всего порядка 600 миллионов лет назад. До этого на Земле были лишь одноклеточные организмы! Теперь в процессах образования нефти должны участвовать всего лишь клетки? Некий «клеточно-песчаный бульон» должен достаточно быстро опускаться на несколько километров и вдобавок каким-то образом оказываться посреди твердых магматических пород. Абсурд, не так ли?

Есть и другие противоречия, так например в 2008 году СМИ облетела сенсационная новость: американский космический аппарат «Кассини» обнаружил на Титане - спутнике Сатурна - озера и моря из углеводородов. Я думаю, что если углеводороды в огромных количествах образовались на Титане, где вообще сложно представить наличие водной растительности, то не стоит ограничивать себя рамками биогенной теории происхождения нефти. Стоит отметить, что на Титане были обнаружены лишь легкие углеводороды (метан и этан). Наличие подобных соединений у газовых планет-гигантов считалось возможным уже давно. Как возможным считалось и образование этих веществ абиогенным путем - в ходе обычных реакций между водородом и углеродом. И можно было бы вообще не упоминать об этом открытии, но есть несколько очень важных причин, которые мы не можем не принять во внимание.

Во-первых, это результаты полетов космических аппаратов Deep Impact и Stardust к кометам Tempel 1 и Wild 2 в 2004-2005 годах, которые проводили ученые из университета Кардиффа. В Tempel 1 была найдена смесь органических и глинистых частиц, а в Wild 2 - целый ряд сложных углеводородных молекул.

Во-вторых, космический телескоп Spitzer обнаружил некоторые основные химические компоненты жизни в газопылевом облаке, обращающемся вокруг молодой звезды. Эти компоненты - ацетилен и цианид водорода, газообразные предшественники ДНК и белков - были впервые зарегистрированы в планетарной зоне звезды, то есть там, где могут образовываться планеты. Фред Лауис из Лейденской обсерватории в Нидерландах и его коллеги обнаружили эти органические вещества возле звезды IRS 46, которая находится в созвездии Змееносца на расстоянии около 375 световых лет от Земли.

И, в-третьих, команда астробиологов NASA из исследовательского центра Эймса опубликовала результаты исследования, основанного на наблюдениях того же телескопа Spitzer. В этом исследовании речь идет об обнаружении в космосе полициклических ароматических углеводородов, в которых присутствует и азот.

Органические молекулы, содержащие азот - это одна из главных ее основ. Они играют важную роль во всей химии живых организмов, в том числе - в фотосинтезе.

Однако даже столь сложные соединения не просто присутствуют в космическом пространстве - их там очень много! По данным Spitzer, ароматические углеводороды буквально изобилуют в нашей Вселенной.

Ясно, что в данном случае какие-либо разговоры о водной растительности просто смешны. А следовательно и нефть может образовываться абиогенным путем.

Есть еще один факт в пользу абиогенного происхождения нефти. Дело в том, что в условиях дефицита углеводородов в конце ХХ века нефтяники начали вскрывать те скважины, которые ранее считались уже опустошенными. И тут выяснилось, что в целом ряде таких законсервированных скважин нефти прибавилось, и в весьма ощутимом количестве.

Но мы можем сказать, что при разработки месторождений были неправильно оценены запасы нефти, или нефть перетекла из каких-то соседних подземных природных резервуаров. Но слишком много просчетов получается, случаи-то не единичные. Так что мы можем предположить, что нефти прибавилось именно из недр Земли.

Итак, теория абиогенного происхождения нефти получила косвенное подтверждение, и для того чтобы полностью подтвердить ее надо определиться с механизмом образования сложных углеводородов в земных недрах из исходных составляющих.

Для этого обратимся к монографии «Неизвестный водород» (С.В. Дигонский, В.В. Тен). В этой книге опираясь на собственные исследования и целый ряд работ других ученых, авторы констатируют:

«Учитывая признанную роль глубинных газов, … генетическую связь естественных углеродистых веществ с ювенильным водородно-метановым флюидом можно описать следующим образом.

1. Из газофазной системы С-О-Н (метан, водород, диоксид углерода) могут быть синтезированы … углеродистые вещества - как в искусственных условиях, так и в природе…

5. Пиролиз метана, разбавленного диоксидом углерода, в искусственных условиях приводит к синтезу жидких … углеводородов, а в природе - к образованию всего генетического ряда битумонозных веществ».

Это нефть из водорода, заключенного в недрах планеты. Правда, не в «чистом» виде - непосредственно из водорода - а из метана. Однако чистого водорода, вследствие его высокой химической активности, никто и не ждал. А метан - простейшее соединение водорода с углеродом, которого, как мы после открытия «Кассини» теперь уже точно знаем, и на других планетах громадные количества.

Вывод, содержащийся в приведенной выше цитате из монографии «Неизвестный водород», помимо заключения об абиогенном происхождении нефти, имеет целый ряд других, не менее значимых следствий.

Во-первых, уже нет никакого смысла придумывать какие-то «планктонные водоросли», странным образом погрузившиеся некогда на километровые глубины. Речь идет о совершенно ином процессе.

А во-вторых, процесс этот продолжается на протяжении весьма длительного времени вплоть до настоящего момента. Так что бессмысленно выделять какой-то отдельный геологический период, в течение которого якобы образовались нефтяные запасы планеты.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что нефть образуется абиогенным путем. Но что же делать с «главным козырем» биогенной теории? Его суть в общности происхождения из органических остатков не только каменного и бурого углей, торфа и различных горючих сланцев, но и подвижных углеводородных соединений - нефти и природного газа. Что даже послужило основанием для введения для всех горючих ископаемых единого обобщающего названия «каустобиолитов».

Теперь выясняется, что нефть и газ имеют вовсе не биологическое происхождение из переработанных давлением и температурой органических останков, а абиогенное происхождение - из метана, поступающего из недр планеты.

Тогда как быть с «общностью»?

С одной стороны, получается, что нефть и газ должны выпасть из ряда этой «общности». А с другой - имеется действительно немало общего между, например, каменными углями, горючими сланцами и нефтью, что подтверждается значительной близостью их состава. При этом практически никто не сомневается, что уж каменный-то уголь «точно произошел из древних органических осадков», о чем вроде как свидетельствуют даже «останки и отпечатки различных растительных видов», послуживших базой становлению палеоботаники - особенно каменноугольного периода.

Однако в все той же монографии «Неизвестный водород» приводиться опровержение данного факта.

«В 1973 году в журнале «Знание - сила» была опубликована статья великого биолога А.А. Любищева «Морозные узоры на стеклах» [«Знание - сила», 1973, № 7, с.23-26]. В этой статье он обратил внимание на поразительное внешнее сходство ледяных узоров с разнообразными растительными структурами. Считая, что существуют общие законы, управляющие образованием форм в живой природе и неорганической материи, А.А. Любищев отметил, что один из ботаников принял фотографию ледяного узора на стекле за фотографию чертополоха.

С точки зрения химии, морозные узоры на стекле - это результат газофазной кристаллизации паров воды на холодной подложке. Естественно, вода не единственное вещество, способное при кристаллизации из газовой фазы, раствора или расплава образовывать подобные узоры. При этом никто не пытается - даже при чрезвычайном сходстве - установить генетическую связь неорганических дендритных образований с растениями. Однако совсем другие рассуждения можно услышать, если растительные узоры или формы приобретают кристаллизующиеся из газовой фазы углеродистые вещества, как показано на рис. 12, заимствованном из работы [В.И.Березкин, «О сажевой модели происхождения карельских шунгитов», Геология и физика, 2005. т.46, № 10, с.1093-1101].

При получении пиролитического графита путем пиролиза метана, разбавленного водородом, было установлено, что в стороне от газового потока в застойных зонах образуются дендритные формы, весьма похожие на «растительные остатки», наглядно свидетельствующие о растительном происхождении ископаемых углей» (С. Дигонский, В. Тен, «Неизвестный водород»).

Таким образом, «неубиенный козырь» биогенной теории убивается очень просто. И у органической гипотезы происхождения каменного угля и других ископаемых углеводородов (в том числе и нефти) не осталось ни одной сколь-нибудь серьезной реальной опоры.

А взамен биогенной теории происхождения углеводородов нефти получаем достаточно изящную версию абиогенного происхождения всех углеродистых полезных ископаемых (за исключением торфа).

Вот ее основные положения:

1. Гидридные соединения в недрах нашей планеты, распадаются при нагревании выделяя при этом водород, который в полном соответствии с законом Архимеда устремляется вверх - к поверхности Земли.

2. На своем пути водород, благодаря высокой химической активности, взаимодействует с веществом недр, образуя различные соединения. В том числе и такие газообразные вещества как метан СН₄, сероводород Н₂S, аммиак NH₃, водяной пар Н₂О и тому подобные.

3. В условиях высоких температур и в присутствии других газов, входящих в состав флюидов недр, происходит постадийное разложение метана, что в полном соответствии с законами физической химии приводит к образованию газообразных углеводородов - в том числе и сложных.

4. Поднимаясь как по имеющимся трещинам и разломам земной коры, так и образуя под давлением новые, эти углеводороды заполняют все доступные им полости в геологических породах. А из-за контакта с этими более холодными породами, газообразные углеводороды переходят в другое фазовое состояние и (в зависимости от состава и окружающих условий) образуют залежи жидких и твердых ископаемых - нефти, бурого и каменного угля, антрацита, графита и даже алмазов.

5. В процессе образования твердых отложений в соответствии с далеко еще неизученными законами самоорганизации материи при соответствующих условиях происходит образование упорядоченных форм - в том числе напоминающих и формы живого мира.



Заключение

Нефть сейчас играет важную роль в структуре экономики многих стран. Она чрезвычайно выгодна не только как топливо, но и как химическое сырье. Нефть - одно из достояний Земли и уже больше 200-х лет сосуществуют две теории происхождения нефти: биогенная и абиогенная.

Согласно первой, нефть - не возобновляемый ресурс, имеет органическое происхождение и образуется с участием останков древней флоры и фауны.

Согласно второй теории, нефть образовывалась из различных элементов неорганического происхождения, в ходе реакций происходящих на больших глубинах при высоких температурах и давлении. Сторонники абиогенной гипотезы считают, что исчерпание запасов нефти не грозит человечеству благодаря продолжающемуся образованию новых формаций нефти.

Но как уже говорилось выше ни та ни другая теория не является общепризнанной. И еще много лет ученые будут спорить о происхождении одного из самых важных ресурсов на нашей планете.



Литература

1) Наметкин С.С. «Химия Нефти», 1939.

2) Ахметов С.А. «Технология глубокой переработки нефти и газа»,2002.

3) Бондаренко В.И., Варламов Г.Б., Вольчин И.А. и т.д. «От огня и воды к электричеству» 2012, гл. 8.1, 8.2.1.

4) East-eco.com/node/2104.

5) Скляров А. «История Земли без каменноугольного периода», 2009.

6) wikipedia.org/wiki/Происхождение_нефти

7) С.В. Дигонский, В.В. Тен «Неизвестный водород», 2006.

Размещено на Allbest.ru