Кіріспе
Мұнайдың пайда болуы туралы маргиналды теория. Абиогендік мұнайдың пайда болуы гипотезасы Жердегі мұнай мен табиғи газдың көп бөлігі органикалық емес жолмен, яғни абиотик мұнай ретінде пайда болғанын ұсынады. Ғылыми деректер әлемдегі мұнай кен орындарының басым бөлігі биогендік текті екенін нақты көрсетеді. Томас Голдтың терең газ гипотезасы кейбір табиғи газ кен орындары Жердің мантиясының терең қабаттарындағы көмірсутектерден пайда болғанын болжайды. Әртүрлі аймақтардан алынған мантия тау жыныстарын зерттеу нәтижелері мантия аймағынан шыққан көмірсутектерді бүкіл әлемде кездестіруге болатынын көрсетті. Дегенмен, мұндай көмірсутектердің мөлшері төмен концентрацияда болады. Абиогендік көмірсутектердің ірі кен орындары болуы мүмкін, бірақ олардың жаһандық деңгейде маңызды көлемі күмәнді деп есептеледі.
The abiogenic petroleum origin hypothesis proposes that most of earth's petroleum and natural gas deposits were formed inorganically, commonly known as abiotic oil. Scientific evidence overwhelmingly supports a biogenic origin for most of the world's petroleum deposits. Thomas Gold's deep gas hypothesis proposes that some natural gas deposits were formed out of hydrocarbons deep in the Earth's mantle. Earlier studies of mantle derived rocks from many places have shown that hydrocarbons from the mantle region can be found widely around the globe. However, the content of such hydrocarbons is in low concentration. While there may be large deposits of abiotic hydrocarbons, globally significant amounts of abiotic hydrocarbons are deemed unlikely.
Бастапқы кен орындары
Томас Голдтың жұмысы бастапқы шығу тегінің көмірсутекті кен орындарына бағытталған. Метеориттер Жердің қалыптасуына қатысқан негізгі материалдың құрамын көрсетеді деп саналады. Кейбір метеориттер, мысалы, көміртекті хондриттер, көміртекті материалдарды қамтиды. Егер осы материалдың көп мөлшері Жердің ішінде сақталса, ол миллиардтаған жылдар бойы үстіне қарай шығып отыруы мүмкін. Мантиядағы термодинамикалық жағдайлар көптеген көмірсутек молекулаларының жоғары қысым және жоғары температурада тепе-теңдікте болуына жағдай жасайды. Бұл жағдайларда молекулалар ыдыраса да, пайда болған фрагменттер қысымның салдарынан қайтадан бірігеді. Әртүрлі молекулалардың орташа тепе-теңдігі жағдайларға және материалдың көміртек-сутек қатынасына байланысты болады.
Серпентинит синтезі
Абиотикалық мұнай процесінің химиялық негізі – перидотиттің серпентинизациясы, көмірқышқыл газының қатысуында оливиннің серпентинге гидролизі арқылы метаногенезден басталады.
Биотикалық (микробтық) көмірсутектер
"Тұңғыр биотикалық мұнай гипотезасы" абиогендік мұнайдың пайда болуы гипотезасына ұқсас, Жердің тау жыныстарындағы барлық мұнай кен орындарын мұнай геологиясының дәстүрлі көзқарасымен толық түсіндіруге болмайды. Томас Голд жер астында тіршілік ететін микроорганизмдерді сипаттау үшін "терең ыстық биосфера" терминін қолданды. Бұл гипотеза биогендік мұнайдан өзгеше, себебі тереңде мекендейтін микроорганизмдердің рөлі – шөгіндік түптегі емес және жер беті көміртегінен алынбаған мұнайдың биологиялық көзі. Терең микробиологиялық өмір бастапқы көмірсутектердің қоспасы ғана. Микробтардың бөліктері биомаркерлер ретінде молекулаларды құрайды. Терең биотикалық мұнай терең микроорганизмдердің тіршілік циклының жанама өнімі деп есептеледі. Шамалы тереңдіктегі биотикалық мұнай шамалы тереңдіктегі микроорганизмдердің тіршілік циклының жанама өнімі деп есептеледі.
Микробтық биомаркерлер
Томас Голд 1999 жылы жариялаған кітабында Жер қыртысында термофильді бактериялардың табылуын, осы бактериялар мұнайдағы белгілі бір биомаркерлердің пайда болуын түсіндіруге болатын болжамды қолдайтын жаңа дәлел ретінде келтірді. Зерттеулер байқалған газдардың көміртек изотоптарының фракциялануын пайдаланып, метанның жер қыртысындағы көздерін биогендік немесе абиогендік деп сипаттауға бағытталған (Lollar & Sherwood 2006). Абиогендік метан, этан және бутанның анық мысалдары аз, себебі бірдей процестер органикалық немесе органикалық емес барлық химиялық реакцияларда жеңіл изотоптардың толуына жағдай жасайды. Метандағы δ13C мәні, 12C-ге қатысты айқын кемігендей, жер қыртысындағы карбонаттар мен графиттерге сәйкес келеді, бұл метаморфтық реакциялар кезінде изотоптық фракциялану арқылы жүзеге асырылады. Абиогендік мұнайдың пайда болуын қолдайтын бір аргумент – метанның жоғары көміртектік деңгейдегі кемістігі, ол жер қыртысының тереңдігімен көміртектік изотоптардың азаюымен байланысты. Дегенмен, мантиядан пайда болған алмаздар, метанға қарағанда осы кемістікке ие емес, яғни метанның көміртектік изотоптарының фракциялануы мантиялық мәндермен бақыланбайды. АҚШ-тағы Panhandle Hugoton кен орындарында, сондай-ақ кейбір Алжир және Ресей газ кен орындарында гелийдің коммерциялық тұрғыдан өндірілетін концентрациясы (0,3%-дан жоғары) кездеседі. Техастағы сияқты көптеген мұнай кен орындарында кездесетін гелий, атмосфераға қарағанда 0,0001-ден аспайтын Ra қатынасына ие, яғни оның құрамы жер қыртысына тән.
Биомаркерлік химиялық заттар
Табиғи мұнайда кездесетін кейбір химиялық заттар көптеген тірі организмдерде кездесетін қосылыстарға химиялық және құрылымдық ұқсастықтар танытады. Оларға терпеноидтар, терпендер, престан, фитан, холестан, хлориндер және порфириндер жатады, бұл гема мен хлорофилл сияқты бір отбасыға жататын ірі, хелаттаушы молекулалар. Белгілі бір биологиялық процестерге нұсқау беретін материалдар: Шикі мұнайдағы осы химиялық заттардың болуы мұнайға биологиялық материалдың енуінің нәтижесі болып табылады; осы химиялық заттар көмірсутек майларын өндіру кезінде кероген арқылы бөлінеді, себебі олар ыдырауға өте төзімді және олардың пайда болуына мүмкін химиялық жолдар зерттелген. Абиотикалық теорияның жақтастары биомаркерлердің мұнай жоғары қарай жылжу барысында, ежелгі қазбалармен жанасқанда мұнайға енетінін айтады. Дегенмен, одан ықтимал түсіндірме – биомаркерлер бастапқы көмірсутектермен қоректенетін және сол ортада өліп қалатын бактериялардың (археялардың) биологиялық молекулаларының іздері. Мысалы, хопаноидтар – мұнайдағы ластанушы заттардың бірі. Олефиндер, қанықпаған көмірсутектер, осылай алынған материалда басым болуы тиіс еді. Ол сондай-ақ: «Мұнай – биологиялық өнімдер қосылған бастапқы көмірсутектердің қоспасы» деп жазған. Бұл гипотеза кейіннен Робинсонның тек қысқа мерзімді эксперименттерге қол жеткізгендігіне байланысты түсініспеушілік болғаны анықталды. Олефиндер жылулық тұрақтылығы төмен (сондықтан табиғи мұнайда мұндай қосылыстар кездеспейді) және бірнеше сағаттан астам уақытқа созылған зертханалық тәжірибелерде олефиндер жоқ болады. Табиғи тірі ортада оттегі мен гидроксил тобы аз көмірсутектердің болуы табиғи балауыздардың (n=30+), майлардың (n=20+) және өсімдіктер мен жануарлардағы липидтердің, мысалы фитопланктон, зоопланктон және т.б. майларының болуымен расталады. Алайда, бұл майлар мен балауыздар биологиялық материалдардың жалпы сутегі/көміртек қатынасына елеулі әсер ете алмайды. Бірақ, балдырларда жоғары алифатикалық биополимерлердің табылуы және мұнай өндіретін кероген негізінен осындай материалдардың концентраты екені анықталғаннан кейін, теориялық мәселе енді туындамайды. Сондай-ақ, мұнай өндіруші компаниялар мұнай өндіруге арналған миллиондаған тау жыныстарының үлгілерін зерттегені шөгінді алаптарда мұнайдың көп мөлшерде табылуын растады.
The presence of these chemicals in crude oil is a result of the inclusion of biological material in the oil; these chemicals are released by kerogen during the production of hydrocarbon oils, as these are chemicals highly resistant to degradation and plausible chemical paths have been studied. Abiotic defenders state that biomarkers get into oil during its way up as it gets in touch with ancient fossils. However a more plausible explanation is that biomarkers are traces of biological molecules from bacteria (archaea) that feed on primordial hydrocarbons and die in that environment. For example, hopanoids are just parts of the bacterial cell wall present in oil as a contaminant. Olefins, the unsaturated hydrocarbons, would have been expected to predominate by far in any material that was derived in that way. He also wrote: "Petroleum [seems to be] a primordial hydrocarbon mixture into which bio products have been added." This hypothesis was later demonstrated to have been a misunderstanding by Robinson, related to the fact that only short duration experiments were available to him. Olefins are thermally very unstable (which is why natural petroleum normally does not contain such compounds) and in laboratory experiments that last more than a few hours, the olefins are no longer present. The presence of low oxygen and hydroxyl poor hydrocarbons in natural living media is supported by the presence of natural waxes (n=30+), oils (n=20+) and lipids in both plant matter and animal matter, for instance fats in phytoplankton, zooplankton and so on. These oils and waxes, however, occur in quantities too small to significantly affect the overall hydrogen/carbon ratio of biological materials. However, after the discovery of highly aliphatic biopolymers in algae, and that oil generating kerogen essentially represents concentrates of such materials, no theoretical problem exists anymore. Also, the millions of source rock samples that have been analyzed for petroleum yield by the petroleum industry have confirmed the large quantities of petroleum found in sedimentary basins.
Эмпирикалық дәлелдер
Кейде Вьетнам жағалауындағы мұнай ұңғымаларында, сондай-ақ Юджин аралының 330-шы блогындағы мұнай кен орнында және Днепр-Донец бассейнінде коммерциялық көлемде абиотикалық мұнай кездесетіні айтылады. Дегенмен, барлық бұл ұңғымалардың пайда болуын биотикалық теориямен де түсіндіруге болады.
Сильян сақинасы кратері
Сильян сақинасы метеорит кратерін Томас Голд гипотезаны тексеру үшін ең ықтимал орын ретінде ұсынды, өйткені бұл әлемдегі граниттік негізі метеорит соққаннан жеткілікті жарылған, бұл мұнайдың мантиядан сіңіп өтуіне мүмкіндік берген бірнеше орындардың бірі еді; сонымен қатар, ол салыстырмалы түрде жұқа шөгінді қабатымен толтырылған, бұл кез келген абиогендік мұнайды ұстап тұруға жеткілікті болды, бірақ биогендік мұнай жасау үшін қалыпты жағдайда қажетті жылу мен қысымға ("мұнай терезесі" деп аталады) ұшырамаған деп есептелді. Алайда, кейбір геохимиктер геохимиялық талдау нәтижесінде мұнайдың ордовик кезеңінің органикалық заттарға бай Третаспис тақтасынан шыққандығына қорытынды жасады, онда ол метеорит соққаннан қыздырылған. 1986–1990 жылдары Сильян сақинасының ең терең тау жынысы арқылы Gravberg 1 бұрғылауы жасалды, онда жақтастары көмірсутекті қоймаларды табуға үміттенген. Бұрғылау проблемаларына байланысты, жеке инвесторлар 40 миллион доллар жұмсағаннан кейін ол белгілі бір тереңдікте тоқтатылды. Бұл ұңғымадан сондай-ақ 13000 футтан (3962 м) астам метанды қоспалардың үлгілері алынды. 1991–1992 жылдары бірнеше шақырым қашықтықта Stenberg 1 деп аталған екінші бұрғылау жасалды, нәтижелері ұқсас болды.
Бактериялық кілемдер
Австралиядағы терең бұрғылау ұңғыларында бактериялық қабаттарды, жарықтарды толтырған карбонаттарды және бактериялық текті гуминнің тікелей байқалуы мұнайдың абиогендік пайда болуының дәлелі ретінде де қарастырылады.
Ұсынылған абиогенді метан кен орындарының мысалдары
Panhandle Hugoton кен орны (Анадарко бассейні) АҚШ-тың оңтүстік-орталық бөлігіндегі коммерциялық гелий қорларына ие ең маңызды газ кен орны болып табылады. Кейбір абиогендік теорияның жақтастары мұны гелий мен табиғи газдың мантиядан шыққандығының дәлелі деп қарастырады. Вьетнамдағы Bạch Hổ мұнай кен орны абиогендік мұнайдың мысалы ретінде ұсынылған, себебі ол 4000 метрге дейін жарылған фундаменттік граниттен, 5000 метр тереңдікте орналасқан. Дегенмен, басқалар оның құрамында Cuu Long алабындағы дәстүрлі көздерден сіңген биогендік мұнай бар екенін айтады. Мантиядан шыққан көміртектің маңызды бөлігі Венгрия мен Австрияның Паннония және Вена бассейндеріндегі коммерциялық газ қоймаларында табылды. Мантиядан шыққан деп есептелетін табиғи газ алаптары – Шенгли кен орны және Сонглиао алабы, Солтүстік-Шығыс Қытай. Анталияның (Түркияның оңтүстік-батысы) Чиралы қаласының жанындағы Химера газ шығуы мыңжылдықтар бойы үздіксіз активті болып келеді және ол ежелгі грек кезеңіндегі алғашқы Олимпиада отының көзі ретінде белгілі. Химиялық құрамы мен изотоптық талдауы бойынша Химера газы шамамен жартылай биогендік және жартылай абиогендік газ болып табылады, бұл ашылған ең ірі биогендік метан шығарылымы; мыңжылдықтар бойы газ ағынын сақтауға қажетті терең және қысымды газ жинақталуы органикалық емес көзден болуы мүмкін. Химера жалынының жергілікті геологиясы, жалындардың орнында серпентинизацияланған офиолит және карбонатты жыныстардың арасындағы байланысты көрсетеді. Фишер-Тропш процесі көмірсутектік газдарды құруға қолайлы реакция болуы мүмкін.
Жерден тыс аргумент
Сатурнның Ай Титанында және Юпитер, Сатурн, Уран мен Нептун атмосфераларындағы метанның болуы, биологиялық аралық сатыларсыз көмірсутектердің қалыптасуына дәлел ретінде келтіріледі. Мысалы, 1986 жылы Галлей кометасының құйрығынан өткен ғарыш зонды барысында осыған ұқсас көмірсутектер анықталған. 2015 жылы Curiosity марсоходының Марс ғылыми зертханасы Марс бетінен алған бұрғылау үлгілері Гейл кратеріндегі 3 миллиард жылдық тау жыныстарынан бензол және пропанның органикалық молекулаларын тапты.