Введение

Гипотеза об абиотическом происхождении нефти

Гипотеза об абиотическом происхождении нефти предполагает, что большая часть нефтяных и природных газовых залежей Земли образовалась неорганическим путем, обычно известная как абиотическая нефть. Научные данные убедительно свидетельствуют в пользу биогенного происхождения большинства нефтяных месторождений мира. Гипотеза глубокого газа, предложенная Томасом Голдом, утверждает, что некоторые залежи природного газа образовались из углеводородов, находящихся глубоко в мантии Земли. Предыдущие исследования мантийных пород из различных регионов показали, что углеводороды из мантийной области широко распространены по всему земному шару. Однако содержание этих углеводородов невелико. Хотя крупные залежи абиотических углеводородов могут существовать, наличие глобально значимых объемов абиотических углеводородов считается маловероятным.

Первобытные месторождения

Работа Томаса Голда была сосредоточена на месторождениях углеводородов первичного происхождения. Считается, что метеориты представляют собой основной состав материала, из которого образовалась Земля. Некоторые метеориты, такие как углеродистые хондриты, содержат углеродистое вещество. Если значительное количество этого вещества сохранилось внутри Земли, оно могло просачиваться вверх на протяжении миллиардов лет. Термодинамические условия в мантии допускают нахождение многих молекул углеводородов в равновесии при высоком давлении и температуре. Хотя молекулы в этих условиях могут диссоциировать, образующиеся фрагменты будут вновь формироваться под действием давления. В зависимости от условий и соотношения углерода и водорода в материале будет существовать определенное равновесие между различными молекулами.

Синтез серпентинита

Химической основой абиотического процесса образования нефти является серпентинизация перидотита, начинающаяся с метаногенеза в результате гидролиза оливина в серпентин в присутствии углекислого газа.

Биотические (микробные) углеводороды

"Гипотеза глубокой биотической нефти", аналогичная гипотезе абиогенного происхождения нефти, предполагает, что не все нефтяные залежи в земной коре могут быть объяснены исключительно с точки зрения общепринятой нефтяной геологии. Томас Голд использовал термин "глубокая горячая биосфера" для описания микроорганизмов, обитающих под землей. Эта гипотеза отличается от биогенной нефти тем, что глубоководные микроорганизмы выступают в качестве биологического источника нефти, не имеющей осадочного происхождения и не связанной с поверхностным углеродом. Глубокая микробная жизнь является лишь примесью к первичным углеводородам. Фрагменты микроорганизмов выделяют молекулы, служащие биомаркерами. Считается, что глубокая биотическая нефть формируется как побочный продукт жизненного цикла глубоководных микроорганизмов, а поверхностная биотическая нефть – как побочный продукт жизненного цикла микроорганизмов, обитающих на меньшей глубине.

Микробные биомаркеры

Томас Голд в своей книге 1999 года привел открытие термофильных бактерий в земной коре как новое подтверждение гипотезы о том, что эти бактерии могут объяснить наличие определенных биомаркеров в извлеченной нефти. Исследования продолжаются с целью характеристики источников метана в земной коре как биогенных или абиогенных, используя фракционирование изотопов углерода в наблюдаемых газах (Lollar & Sherwood 2006). Четких примеров абиогенного метана, этана и бутана немного, поскольку одни и те же процессы способствуют обогащению легких изотопов во всех химических реакциях, органических и неорганических. Значение δ13C метана перекрывается со значениями неорганического карбоната и графита в земной коре, которые сильно обеднены 12C, и достигают этого за счет изотопного фракционирования в ходе метаморфических реакций. Один из аргументов в пользу абиогенного происхождения нефти связывает высокое обеднение метана углеродом с наблюдаемым обеднением углеродных изотопов с глубиной в земной коре. Однако алмазы, происхождение которых однозначно мантийное, обеднены углеродом не в такой степени, как метан, что указывает на то, что фракционирование изотопов углерода в метане не контролируется мантийными значениями. Коммерчески рентабельные концентрации гелия (более 0,3%) присутствуют в природном газе месторождений Panhandle Hugoton в США, а также в некоторых газовых месторождениях Алжира и России. Гелий, заключенный в большинстве нефтяных скоплений, например в Техасе, имеет отчетливо ко́рный характер с отношением Ra менее 0,0001 от атмосферного.

Химические биомаркеры

Некоторые химические вещества, содержащиеся в природной нефти, имеют химическое и структурное сходство с соединениями, обнаруженными во многих живых организмах. К ним относятся терпеноиды, терпены, престан, фитан, холестан, хлорины и порфирины – крупные хелатирующие молекулы, принадлежащие к тому же семейству, что и гемоглобин и хлорофилл. Материалы, указывающие на определенные биологические процессы, включают в себя…

Присутствие этих химических веществ в сырой нефти обусловлено включением биологического материала в нефть; эти химические вещества высвобождаются керогеном в процессе образования углеводородных масел, поскольку они обладают высокой устойчивостью к разложению, и правдоподобные химические пути их образования были изучены. Сторонники абиотической теории утверждают, что биомаркеры попадают в нефть по пути к поверхности, контактируя с древними ископаемыми. Однако более вероятное объяснение заключается в том, что биомаркеры – это следы биологических молекул бактерий (архей), питающихся первичными углеводородами и погибающих в этой среде. Например, хопаноиды – это компоненты бактериальной клеточной стенки, присутствующие в нефти в качестве примеси. Олефины, ненасыщенные углеводороды, должны были бы значительно преобладать в любом материале, образовавшемся таким образом. Он также писал: «Нефть, по-видимому, представляет собой первичную углеводородную смесь, в которую добавлены биопродукты». Позже было показано, что эта гипотеза была ошибочной, что связано с тем, что Робинсону были доступны только эксперименты короткой продолжительности. Олефины термически нестабильны (поэтому в природной нефти обычно отсутствуют такие соединения), и в лабораторных экспериментах, продолжающихся более нескольких часов, олефины исчезают. Наличие углеводородов с низким содержанием кислорода и гидроксильных групп в живых организмах подтверждается наличием природных восков (n=30+), масел (n=20+) и липидов в растительной и животной материи, например, жиров в фитопланктоне, зоопланктоне и т.д. Однако эти масла и воски встречаются в слишком малых количествах, чтобы существенно повлиять на общее соотношение водорода и углерода в биологических материалах. Тем не менее, после открытия высокоалифатических биополимеров в водорослях и установления того, что нефтеобразующий кероген по сути представляет собой концентрат таких материалов, теоретических проблем больше не существует. Кроме того, миллионы образцов пород-коллекторов, проанализированных нефтяной промышленностью для оценки нефтеносности, подтвердили наличие значительных запасов нефти в осадочных бассейнах.

Эмпирические данные

Иногда сообщается о встречаемости абиотической нефти в коммерческих объемах в нефтяных скважинах у берегов Вьетнама, а также в нефтяном месторождении Юджин-Айленд, блок 330, и в Днепро-Донской впадине. Однако происхождение всех этих скважин также может быть объяснено биотической теорией.

Кrater Сильян-Ринг

Метеоритный кратер Сильян-Ринг в Швеции был предложен Томасом Голдом как наиболее вероятное место для проверки гипотезы, поскольку это было одно из немногих мест в мире, где гранитный фундамент был достаточно растрескан (в результате удара метеорита), чтобы позволить нефти просачиваться из мантии; кроме того, он заполнен относительно тонким слоем осадочных пород, которого было достаточно для улавливания любой абиогенной нефти, но который, согласно моделированию, не подвергался условиям температуры и давления (известным как "нефтяное окно"), обычно необходимым для образования биогенной нефти. Однако некоторые геохимики, проведя геохимический анализ, пришли к выводу, что нефть в просачиваниях происходит из органически богатых сланцев ордовикского периода Третаспис, где она была нагрета ударом метеорита. В 1986–1990 годах была пробурена скважина Gravberg 1 в самой глубокой части скального основания Сильянского кольца, где сторонники надеялись обнаружить залежи углеводородов. Бурение было остановлено на глубине из-за проблем с бурением, после того как частные инвесторы потратили 40 миллионов долларов. В этой скважине также были отобраны образцы более чем 13000 футов (3962 м) включений, содержащих метан. В 1991–1992 годах была пробурена вторая скважина, Stenberg 1, в нескольких милях от первой, до глубины , где были получены аналогичные результаты.

Бактериальные коврики

Прямое наблюдение бактериальных матов, а также карбоната и гумина бактериального происхождения, заполняющих трещины в глубоких скважинах Австралии, также рассматривается как свидетельство абиогенного происхождения нефти.

Примеры предлагаемых месторождений абиогенного метана

Поле Panhandle Hugoton (бассейн Анадарко) в южно-центральной части Соединенных Штатов является самым важным газовым месторождением с коммерческим содержанием гелия. Некоторые сторонники абиогенной теории интерпретируют это как свидетельство того, что и гелий, и природный газ имеют мантийное происхождение. Нефтяное месторождение Bạch Hổ во Вьетнаме предлагается в качестве примера абиогенной нефти, поскольку оно расположено в зоне разломов гранитного фундамента на глубине 4000 м, при общей глубине залегания 5000 м. Однако другие утверждают, что оно содержит биогенную нефть, мигрировавшую в поднятую зону фундамента из традиционных пород-источников в бассейне Куу Лонг. Значительная доля углерода мантийного происхождения обнаружена в коммерческих газовых резервуарах Паннонского и Венского бассейнов Венгрии и Австрии. Природногазовые скопления, происхождение которых интерпретируется как мантийное, включают месторождение Шэнгли и бассейн Сонглиао на северо-востоке Китая. Газовый прорыв Химера, расположенный недалеко от Чирали, Анталия (юго-запад Турции), непрерывно активен на протяжении тысячелетий и известен как источник первого олимпийского огня в эллинистический период. На основании химического состава и изотопного анализа, газ Химеры состоит примерно наполовину из биогенного и наполовину из абиогенного газа, представляя собой крупнейшее обнаруженное выделение биогенного метана; предполагается, что глубокие и находящиеся под давлением газовые скопления, необходимые для поддержания газового потока в течение тысячелетий, имеют неорганическое происхождение и могут присутствовать в данном районе. Местная геология пламени Химеры, непосредственно в месте выхода пламени, демонстрирует контакт между серпентинизированными офиолитами и карбонатными породами. Процесс Фишера-Тропша может быть подходящей реакцией для образования углеводородных газов.

Аргумент о внеземных существах

Наличие метана на спутнике Сатурна Титане и в атмосферах Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна приводится в качестве доказательства образования углеводородов без участия биологических форм жизни, например, аналогичные углеводороды были обнаружены при пролете зонда через хвост кометы Галлея в 1986 году. Буровые образцы с поверхности Марса, полученные в 2015 году марсоходом Curiosity в рамках Марсианской научной лаборатории, выявили органические молекулы бензола и пропана в образцах горных пород возрастом 3 миллиарда лет из кратера Гейла.