ТЕОРИИ ОБРАЗОВАНИЕ НЕФТИ И ГАЗА

Минеральная гипотеза Менделеева о происхождения нефти. Образование нефти из органического вещества диатомовых водорослей

Первым в истории наиболее полно изложил и обосновал представления о неорганическом происхождении нефти Д. И. Менделеев в начале 1877 года.

 "Минеральная гипотеза" происхождения нефти Д. И. Менделеева (1877 год). 

 Впервые свои взгляды на происхождение нефти Д. И. Менделеев изложил на заседании Русского химического общества 13 января 1877 года. До этого он считал, что нефть образуется при действии вулканических сил на остатки организмов. Свою новую точку зрения Д. И. Менделеев обосновал следующими аргументами:

 1. Выходы нефти на поверхность свидетельствуют о стремлении ее к восходящим движениям, что связано с ее меньшей по отношению к воде плотностью. Следовательно, "место образования нефти должно лежать ниже тех мест, где она содержится".

 2. Если бы нефть происходила из организмов, то в местах ее скопления должны были быть "угольные остатки".

 3. Нефть в Пенсильвании встречается в породах девона и даже силура, в которые она должна была подняться из более древних отложений. Если учесть, что по представлениям того времени в силурийский период организмов были немного, то в более древние эпохи они совсем должны были бы отсутствовать.

 4. При горообразовании образуются разломы ("надломы с внутренней стороны"), по которым вода проникает вглубь и, вступая во взаимодействие с "углеродистым металлом", дает окислы и предельные углеводороды, которые "в парах восходят до таких слоев, где сгущаются, и пропитывают рыхлые пески, способные удержать много маслообразных веществ".

 5. Подтверждением правильности данной точки зрения являются "распределение нефти по прямым линиям или дугам больших кругов, связь ее с вулканизмом" и др.

 Д. И. Менделеев отмечал[1]: "Нельзя ограничиться в вопросах, подобных рассматриваемому, одним указанием на недостаточность данного представления ‑ необходимо поставить на место него какое‑либо другое. Тогда можно выбирать и, если дойдет дело до выбора: ‑ понимание возрастает, предмет рассмотрения уясняется".

 В заключение он писал: "Если нефть не может сметь происхождения органического, то надо подыскать другое объяснение для ее генезиса". Говоря о том, что знание происхождения нефти необходимо для определения направления поискового бурения на Кавказе, он отмечал: "Если органическая гипотеза справедлива, то южно сказать, что те места неизвестны; если же минеральная гипотеза справедлива, то от богатых источников надо рыть по тому направлению, по которому тлеется хребет Кавказских гор".

 Нельзя не отметить, что Д. И. Менделеев как настоящий ученый не считал, что он окончательно решил Данную проблему. В предисловии к своей книге он прямо указывал: "Вопрос совсем еще не ясен, никто и нитке о нем не говорит с определенностью, а потому для меня он был особенно интересен. Если я выставляю со своей стороны гипотезу образования нефти, то думаю при этом, что лучше нечто цельное, чем ничего. Таково свойство науки. Кому не понравится мое представление, тот подумает, пороется, может быть, сделает наблюдения и даст что‑нибудь лучшее. Дело понимания тогда выиграет, а от него и практика".

 Анализируя минеральную гипотезу Д. И. Менделеева, нельзя не отметить ее обоснованность аргументами, которыми располагала наука в то время. Действительно, ни для Апшеронского полуострова, ни для Пенсильвании никак не подходили представления об образовании нефти непосредственно из растительных остатков или из ископаемых углей. Для тех районов нельзя было принять и представлений об образовании нефти вследствие вулканической деятельности, поскольку в них не было и следов этой деятельности. Нефтяные месторождения в данных регионах были известны в основном только вдоль Кавказских и Аппалачских гор. И, наконец, по существовавшим в то время представлениям, Жизнь на Земле началась только с кембрийского периода.

 Теперь же хорошо известно, что нефтяные месторождения в этих регионах распространены далеко от указанных хребтов, а организмы появились на Земле почти на 3 млрд. лет раньше, чем считали во времена Д. И. Менделеева. Вот почему можно не сомневаться в том, что, если бы Д. И. Менделеев располагал современной информацией, он ни за что не выдвинул бы своей "минеральной гипотезы".

 Следует отметить, что появление "минеральной гипотезы" Д. И. Менделеева не внесло успокоения в умы всех занимающихся нефтяной геологией, а в определенной степени даже способствовало новой вспышке дискуссий о происхождении нефти. При этом данная гипотеза подверглась критике со стороны химиков и геологов: как сторонников органического происхождения нефти, так и сторонников ее неорганического происхождения. С критикой этой гипотезы выступили профессор Московского университета К. И. Лисенко в своей книге, опубликованной в 1878 году, а позже геологи В. Д. Соколов, Г. Гёфер, химики К. В. Харичков, К. Энглер и др.

 В печати многих стран продолжалась публикация статей, в которых авторы предлагали различные варианты образования нефти как непосредственно из органического вещества растительного происхождения, так и из ископаемых углей. Английский исследователь К. Вуж в 1866 году высказал предположение об образовании нефти из морских водорослей, захороняемых в огромных количествах аналогично наблюдаемым в настоящее время в Саргассовом море.

 В то время как Д. И. Менделеев, разрабатывая гипотезу неорганического происхождения нефти, использовал результаты экспериментов французских химиков, американские и немецкие химики . проводили опыты, подтверждающие органическое .происхождение нефти. В 1865 г. американцы К. Уоррен и Ф. Сторер получили из рыбьего жира путем дистилляции смесь углеводородов. Немецкий химик К. Готтлиб в 1875 году при перегонке высших жирных кислот получил углеводороды, среди которых были такие же, как и в американской нефти.

 Под влиянием работ Г. Гёфера немецкий химик К. Энглер в 1888‑1900 годах провел серию экспериментов по нагреванию рыбьего жира до температуры 320 °С и повышенном давлении, в процессе которых в полученных погонах обнаружил предельные (пентан, гексан, гептан, октан и нонан) и непредельные углеводороды. На основе информации об отсутствии растительных остатков и угля во многих месторождениях и наличии отпечатков и раковин организмов К. Энглер пришел к выводу об образовании нефти из остатков животных организмов. Источником углеводородов он считал жирные кислоты. Несколько позже, в 1900 году, К. Энглер признал возможность образования нефти из органического вещества диатомовых водорослей, но отрицал вероятность образования ее из наземной растительности.

 В 1886 году К. Энглер в результате анализа информации по нефтяным месторождениям Апшеронского полуострова пришел к заключению, что, хотя нефть и содержится в "послетретичных образованиях" и существуют "грязевые вулканы", которые как будто бы лучше соответствуют "менделеевской теории", все же нефть имеет органическое происхождение.

 Выступая в 1890 году на съезде немецких натуралистов в Бремене, К. Энглер подверг критике гипотезы органического происхождения нефти.

 В 1889 году русский геолог В. Д. Соколов на заседании Московского общества испытателей природы выступил с докладом, в котором доказывал космическое происхождение нефти и других битумов. Сущность этой гипотезы автор кратко формулировал следующим образом: "1) Запасы углерода и водорода в небесных телах громадны. 2) Образующиеся из них углеводороды, возникая при одинаковых космических условиях, появляются в составе небесных тел в очень ранние стадии их индивидуального развития. 3) На Земле они возникли тем же путем, как и на других небесных телах, образовав собою определенный запас, впоследствии в значительной степени поглощенный магмой. 4) При дальнейшем охлаждении и уплотнении магмы заключенные в ней углеводороды выделялись и продолжают выделяться по трещинам, возникающим в литосфере путем дислокаций. 5) Подвергаясь конденсации в поверхностных частях нашей планеты, они дают основной материал для образования битумов".

 Интересно проследить, чем же обосновывал свою "гипотезу" В. Д. Соколов? Первый аргумент заключался в том, что, по заключению автора, месторождение битумов не зависит ни от широты, ни от гипсометрии, ни от геологического возраста, ни от состава и обилия органических остатков, а определяется только пористостью и трещиноватостью горных пород. А так как трещиноватость пород зависит от их дислоцированное, то "месторождения битумоидов должны быть тесно связаны с направлением дислокаций".

 Вторым аргументом являлась несостоятельность всех вариантов гипотез органического и неорганического происхождения нефти. В частности, битумы не могут образоваться ни на поверхности в виде осадка, ни на глубине, так как "в глубинах земли нет необходимых запасов органических веществ, через переработку которых могли бы возникнуть битумы, за исключением разве углистых веществ". И, наконец, этим путем нельзя объяснить происхождение космических битумов.

 В. Д. Соколов критиковал "минеральную" гипотезу Д. И. Менделеева, аргументируя ее несостоятельность отсутствием неокисленных металлов в центре планеты и отсутствием возможности проникновения к ним поверхностных и, особенно, соленых вод.

 В качестве положительных аргументов В. Д. Соколов выдвигал факт выделения углеводородов в определенной стадии извержений Везувия в 1855 году и Этны в 1868 году, а также наличие битумов в лавах, массивных горных породах, а также в космических телах.

 В. Д. Соколов заранее отводил возражение, основанное на том, что "битумы редко встречаются в зонах интенсивной вулканической деятельности", указывая на возможность сгорания и улетучивания углеводородов при извержениях.

 В 1893 году заведующий аналитической лабораторией при Грозненском нефтеперегонном заводе К. В. Харичков считал, что работы К. Энглера решили проблему происхождения нефти. Он писал: "Этими интересными опытами была обоснована теория происхождения нефти... жиры совокупным действием давления и жара или одного давления кислорода и превратились в нефть". Он считал, что открытие Г. Дикгором в "искусственной нефти" туменнол‑сульфона, который обнаружен в естественной нефти, подтверждает правильность выводов К. Энглера. Однако три года спустя К. В. Харичков изменил свои взгляды и в 1896 году критиковал различные гипотезы происхождения нефти, в частности гипотезу К. Энглера.

 Анализируя гипотезу В. Д. Соколова, К. В. Харичков заключил, что она не имеет конкретного подтверждения. Будучи учеником Д. И. Менделеева, К. В. Харичков очень осторожно критиковал гипотезу минерального происхождения нефти. Он отметил, что при высоких температурах, которые имеются в столь глубоких горизонтах, "нефть в состоянии разложиться на основные элементы: водород и уголь, в чем и кроется слабая сторона теории".

 К. В. Харичков провел эксперименты, нагревая чугунные опилки с разными кислотами, с серной кислотой В растворами солей магния и натрия. При этом были получены газообразные и жидкие углеводороды, водород, графит и "капли маслянистой жидкости".

 К. В. Харичков пришел к выводу о том, что соли, содержащиеся в морской воде, действовали на карбиды металлов и образовали нефть. При этом "потреблялась" и сама вода: "водород идет на синтез углеводородов, а кислород соединяется с металлом, образуя кислы". Этот процесс проходит медленно, в течение целых геологических эпох, и "им обусловливаются всевозможные изменения горных пород и рельефа земной поверхности".

 Интересно, что немецкий геолог С. Нойбергер, используя критерии К. В. Харичкова, выдвинутые последним в 1893 году, в период ранних воззрений (1901 год), считал, что нефти Алжира и других регионов образовались из вещества животного происхождения. Подобной точки зрения придерживались геологи, изучавшие нефтеносность многих регионов мира,‑ К. Фраас, обнаруживший кораллы и другие остатки организмов в битуминозных слоях в Египте, Ч. Кнар в Швейцарии (1868 год), У. К. Морган и М. К. Таллмон, обнаружившие битум в ископаемом яйце в Аризоне в 1904 году. К такому же выводу пришел в 1894 году ведущий химик‑нефтяник Калифорнии Д. Р. Пекгэм.

 В то же время были и сторонники образования нефти из органического вещества как животного, так и растительного происхождения: американский геолог Э. Ортон, изучавший в 1889‑1899 годах нефтегазоносность палеозойских отложений США, Ж. П. Уолл, наблюдавший нефтеносные отложения острова Тринидад, и др.

 Существенное значение для решения проблемы происхождения нефти имела работа крупного немецкого ботаника Г. Потонье. Этот исследователь сначала занимался ботаникой, затем только палеоботаникой, и, наконец, стал изучать продукты захоронения органического вещества растительного и животного происхождения в озерах и мелких заливах. После детальных исследований органического вещества "гнилостного ила ‑ сапропеля" в 1905 году Г. Потонье пришел к выводу, что при разложении этого вещества без доступа кислорода происходит битуминизация, в результате которой повышается содержание углерода и водорода за счет потерь кислорода, азота и серы и появляются парафиновые и нафтеновые углеводороды. И хотя в этой работе Г. Потонье не касается происхождения нефти, другие исследователи оценили важность этого открытия.

 В самом конце рассматриваемого этапа, в 1903‑1905 годах, канадский геолог Ю. Кост предпринял попытку возродить представление о глубинном происхождении нефти. Поскольку основные работы и доклады Ю. Кост а относятся к более позднему времени, на существе его представлений мы остановимся ниже.

 Подводя итог развитию представлений о происхождении нефти в течение третьего этапа, следует еще раз подчеркнуть "разброд идей": наряду с геологическими наблюдениями и экспериментами, подтверждающими как животное, так и растительное органическое происхождение нефти, имелись геологическая и химическая информация, а также результаты экспериментов, которые как будто бы подтверждали представления о ее неорганическом происхождении. При этом как одна, так и другая противоположные точки зрения опровергались как будто бы вескими аргументами.

 В немалой степени на популярность предположений и гипотез влиял авторитет выдвигающих их ученых. Так, популярность представлений о неорганическом происхождении нефти во многом была обусловлена тем, что их разделяли Д. И. Менделеев и Г. В. Абих. По этой причине многие даже очень крупные исследователи "е могли присоединиться ни к той, ни к другой точке зрения. Показательна позиция такого крупного исследователя Дкак Р. И. Мурчисон. С одной стороны, геологические наблюдения заставляли его считать, что нефть образовалась из органического вещества, с другой стороны, он не мог не считаться с представлениями такого крупного исследователя, каким был Г. В. Абих, поэтому не случайно свои представления Р. Мурчисон начинал излагать со слова "если". Следует особо подчеркнуть "исключительную прозорливость Р. И. Мурчисона, который заметил, что, если нефть имеет органическое происхождение, то ее следы должны быть в каждой породе морского генезиса. Этот вывод подтвердился через 80 лет! Неоднозначность решения проблемы происхождения нефти отражалась в учебниках и различных сводках по геологии.

 Крупнейший русский геолог А. А. Иностранцев в своем курсе геологии не мог не привести гипотезу Д. И. Менделеева и возражения великого химика против гипотезы органического происхождения нефти, но А. А. Иностранцев не мог и не видеть слабых геологических сторон "минеральной" гипотезы.

 Автор ряда монографий В. И. Рогозин в 1884 году не имел своей точки зрения на происхождение нефти и добросовестно изложил все существовавшие предположения и гипотезы. Но в 1898 году он присоединился к точке зрения К. Энглера, считая, что она лучше других объясняет наблюдаемое разнообразие нефтей.

 О трудности для геолога‑практика определить правильность той или иной гипотезы свидетельствует и публикованная в 1905 году статья геолога А. П. Иванова, считавшего все предложенные гипотезы недостаточно обоснованными, вследствие чего нельзя было дать предпочтения ни одной из них.

 Однако все же в течение третьего этапа были высказаны предположения, которые впоследствии блестяще подтвердились. В первую очередь это относится к представлениям Г. Потонье, Р. Мурчисона и других. Ретроспективно становится понятным, что в течение описываемого этапа достаточно обоснованная гипотеза и не могла быть разработана, так как в то время не было необходимой геологической информации об условиях залегания нефтей, их составе и, наконец, о распространении и составе органического вещества в литосфере. Вместе с тем отдельные исследователи достаточно близко подошли к решению этой проблемы.

 Анализ истории разработки проблемы происхождения нефти в течение рассматриваемого этапа позволяет сделать и еще один важнейший вывод, заключающийся в том, что информации об условиях залегания нефти в отдельных  районах и месторождениях или о результатах лабораторного моделирования отдельных  процессов образования некоторых углеводородов не может быть достаточно для решения проблемы, поскольку нефть, как отмечалось, является весьма сложным комплексом огромного количества соединений и отличается исключительной подвижностью. Таким образом, существовавший в рассматриваемый этап "разброд" представлений о происхождении нефти был закономерен: он обусловливался, с одной стороны, успехами органической химии, с другой ‑ недостаточностью имеющейся информации о распространении и составе органического вещества горных пород, нефти и углеводородных газов.