Происхождение нефти

Проф. Н. ОРЛОВ

Технология успешно справляется с рядом поставленных перед нею задач и успешно превращает нефть в новые виды материальных ценностей. К сожалению, сильно отстают наши теоретические познания, касающиеся вопросов образования нефти в природе. Может показаться, что такого рода познания имеют лишь узкое, чисто научное, академическое значение и для практики не существенны. Такая точка зрения, однако, в корне ошибочна.

Геологоразведочное дело, направленное на выявление и отыскание новых нефтяных месторождений, крайне заинтересовано в вопросах образования и происхождения нефти. Кроме того, вероятно, не далеко то время, когда, изучив условия образования нефти в природе, мы сможем и на заводах подражать этому процессу и создать способы получения искусственного жидкого нефтяного горючего из тех же материалов, превращением которых образовалась природная нефть.

*

Человечество познакомилось с нефтью на заре своей цивилизации. Многочисленные природные нефтяные источники в Малой Азии известны человеку с незапамятных времен. Этот продукт «гневной и тучной земли» был хорошо известен уже великому полководцу древности Александру Македонскому, обнаружившему в верхнем Охсусе (Аму-Дарья в Бухаре) источник жирной маслянистой жидкости, чистой и прозрачной, но отличающейся по вкусу, блеску и запаху от настоящего масла. Эта находка показалась македонцам тем более поразительной, что, как повествует знаменитый историк Плутарх, «в стране не было даже масличных деревьев».

Когда этот источник был обнаружен, Александр обратился за разъяснением необычайного явления к своим жрецам. Они усмотрели здесь только «знамение хотя победного, но утомительного и тяжелого похода. Ибо нефть дана людям божеством для подкрепления их сил». Применялась же нефть в качестве лекарства и отчасти для освещения. В древности был известен и другой продукт, находящийся в ближайшем родстве с нефтью, —  асфальт, употреблявшийся почти за 3000 лет до нашей эры персами и египтянами в качестве мастики при архитектурных работах и для бальзамирования трупов. Асфальтирование мостовых было известно еще в древнем Вавилоне за 100 лет до начала нашего летосчисления. Эта область применения была вскоре затем забыта и открыта вновь лишь в XIX столетии.

Также в седой старине следует искать знакомства человека с другим природным телом, стоящим в тесной связи с нефтью и асфальтом, — с природными горючими газами, выходящими из земли. В течение ряда столетий они служили предметом религиозного культа у огнепоклонников и применялись также отчасти для бытовых нужд и в кустарной промышленности.

Что касается вопросов о происхождении нефти, асфальта и газов (битумов, как их иногда объединяет общим названием современная наука), то, кроме чисто умозрительных попыток, вытекавших из некоторых мифологических или религиозных представлений древности, никаких научно обоснованных соображений до середины XVIII столетия не существовало.

Всеобъемлющему гению М. В. Ломоносова наука обязана первым, хотя и грубым, но вполне отчетливым представлением об образовании нефти в недрах земли. Разбирая происхождение горючих сланцев, каменного угля, нефти и янтаря, Ломоносов еще в 1757 г. высказывает мысль, что «все сии тучные материи растениям свое происхождение долженствуют». Образование нефти Ломоносов представлял себе как перегонку отмерших и погребенных в глубинах земли деревьев, совершающуюся под действием подземного огня.

Мы теперь знаем, что перегонка дерева и каменного угля (для которого его растительное происхождение не вызывает сомнений) дает в результате деготь, мало похожий на нефть. Мы знаем также, что на тех глубинах, на которых залегает нефть, никакого подземного огня и высокой температуры, необходимых для такой перегонки, нет. Однако самые совершенные современные методы исследования с полной очевидностью указывают на образование нефти из растений. Таким образом, в вопросе об исходном веществе, давшем начало образованию нефти, Ломоносов оказался прав.

*

Когда в середине прошлого столетия в Америке и России зародилась нефтяная промышленность, то потребовались и теории, могущие объяснить происхождение нефти. Знаменитому нашему химику Д. И. Менделееву принадлежит теория, пользовавшаяся одно время очень широким распространением. Эта теория носит название «неорганической или минеральной теории происхождения нефти».

В основном, по мысли Д. И. Менделеева, дело сводится к следующему. От той отдаленной поры, когда наша земля представляла собою огненно-жидкое расплавленное тело, первоначальный жар сохранился лишь набольших глубинах под земной корой. О существовании этого жара свидетельствуют вулканические извержения, повторяющиеся время от времени, горячие водные источники, постепенное возрастание температуры с углублением в недра земли. Раскаленная и, может быть, расплавленная масса, находящаяся под сравнительно тонкой земной корой, имеет иной химический состав, чем эта тонкая кора. Внутренность земли слагается из элементов, в которых преобладает железо и (как полагал Менделеев) углерод. Можно себе представить, что внутренность нашего земного шара наполнена расплавленным углеродистым железом, чем-то вроде чугуна, представляющего собою также род обогащенного углеродом железа.

Незадолго до того, как Д. И. Менделеев занялся вопросами нефтяного дела, один французский ученый, действуя на чугун перегретым паром, получил небольшие количества нефтеобразной жидкости. Это открытие дало Менделееву повод предположить, что подобный же процесс совершается и в природе, что вода, просачиваясь с поверхности, приходит в соприкосновение с углеродистым железом глубин, в результате чего и получается нефть.

Однако под напором ряда фактов, наблюдаемых в действительности, и при более близком знакомстве со свойствами нефти, от этой теории вскоре пришлось отказаться как от малоправдоподобной и неубедительной.

Раньше чем перейти к рассмотрению других теорий происхождения нефти, посмотрим, что же нефть представляет собой с химической точки зрения и как она залегает в недрах земли?

Нефть является смесью различных углеводородов с незначительной примесью азотистых, сернистых и кислородных соединений. Углеводороды нефти представляют собою химические соединения углерода и водорода в различных пропорциях. Класс веществ, называемых в химии углеводородами, содержит огромное количество веществ, построенных различными сочетаниями этих элементов. Разные углеводороды отличаются друг от друга по температурам кипения, плавления, по относительной подвижности (вязкости) и прочим свойствам, зависящим в свою очередь от их химического состава и строения. Огромное большинство нефтей оказывается состоящими из очень сложной смеси углеводородов, среди которых мы встретим и очень легкие, подвижные, легко кипящие жидкости, входящие в состав бензинов, и более тяжелые маслянистые, образующие главную массу керосина, и вязкие густые масла, примером которых могут служить смазочные, и, наконец, даже твердые кристаллические углеводороды, образующие вещество парафина.

Очень многие из тех углеводородов, которые входят в состав нефтей, получаются искусственно в лабораториях при разнообразных химических операциях. Эта легкость получения углеводородов в искусственных лабораторных условиях была причиной того, что количество теорий, предложенных для объяснения происхождения нефти в природе, достигло весьма большой величины. Многие химики, открывавшие тот или иной способ получения смеси углеводородов, напоминающих нефтяные, считали своим долгом выдвинуть новую гипотезу происхождения нефти, основанную на чисто лабораторных наблюдениях, нимало не сообразуясь с тем, что таких условий, которые наблюдались при их опытах получения углеводородов, в природе не могло встретиться.

*

Еще не так давно предполагали, что в земной коре нефть находится в виде громадных подземных озер. В настоящее время этот взгляд совершенно оставлен, и геологи установили, что нефть залегает в недрах земли в совершенно особых условиях, непохожих на залегание других ископаемых.

Прежде всего было выяснено, что нефть заключается в пустотах пористых пород, например, песков, песчаников, известняков и пр. Такие породы могут легко впитывать в себя нефть, заполняющую мелкие полости между отдельными частицами этих пород. Ни в каких крупных подземных резервуарах, сплошь заполненных нефтью, надобности, таким образом, не встречается. Будучи жидким телом, нефть в недрах земли может передвигаться с одного места на другое, и нахождение нефти в одном каком-либо месте не означает того, что здесь именно нефть и образовалась. Обычными спутниками нефти являются вода и газ. Находящийся под значительным давлением газ и является одной из причин передвижения нефти по пласту и даже выброса ее наружу по случайным каналам и трещинам или по искусственным буровым скважинам.

В нефтяной практике и отчасти в науке установилось мнение, что богатые нефтяные залежи большей частью встречаются в возвышенных местах складок земной коры. Такое поведение нефти вполне понятно. Сопровождаясь водою и будучи легче ее, нефть стремится занять наивысшее положение; вода тогда соберется под нефтью в вогнутых частях складок. Если нефть еще сопровождается газом, то он, как наиболее легкий, расположится в самом своде складки и окажет на нефть давление, достаточное для того, чтобы выбросить ее фонтаном, когда буровая скважина войдет в самый нефтяной пласт.

Те породы, в которых встречается нефть, относятся к породам осадочным, образовавшимся на дне некогда существовавших морей, преимущественно в их прибрежной полосе. Если согласиться с минеральной теорией происхождения нефти Д. И. Менделеева, то следовало бы ожидать встретить нефть в более глубинных породах, несущих на себе следы действия того внутреннего жара, под влиянием которого вода, взаимодействуя с углеродистым железом, смогла дать начало образованию нефтяных углеводородов. В действительности ничего подобного не наблюдается.

В противоположность минеральной теории, теперь совсем оставленной, была выдвинута органическая теория, считающая, что нефть образовалась в результате изменений органических веществ, продуктов разложения растений и животных.

Особенно популярной одно время была теория животного происхождения нефти, подробно развитая германским исследователем Энглером.

При перегонке рыбьего жира под давлением в замкнутом приборе Энглеру удалось получить смесь углеводородов, довольно близко напоминающую природную нефть. Из этих опытов Энглер сделал вывод, что и в природе образование нефти шло именно за счет изменения погибших некогда в большом количестве рыб. То, что в лаборатории требует высокой температуры (опыты велись при 400—500°), в природе может совершаться при температурах более низких, однако, в течение чрезвычайно больших промежутков времени и при участии очень высокого давления. Так это или не так — проверить трудно, ибо жизнь человеческая по сравнению с жизнью земли ничтожна по своей продолжительности.

Еще труднее объяснить скопления огромных масс животных (рыб), из которых могла образоваться нефть. Необходимо предположить массовую их гибель, что оказывается малоправдоподобным. Кроме того мы знаем, что трупы животных разлагаются быстро и при своем разложении нефти не образуют. Некоторые подсчеты показывают, что потребовалось бы совершенно фантастическое количество рыбного материала, чтобы дать начало образованию тех огромных количеств нефти, которые заключает в своих недрах земля. Уже это последнее обстоятельство побудило искать иных источников образования нефти, помимо рыбьего жира, и вообще скоплений отмершего животного материала.

*

Последние годы принесли чрезвычайно убедительные доказательства в пользу того, что, подобно углю, нефть своим происхождением обязана растительному веществу. Наиболее важным доказательством этого были исследования молодого германского химика А. Трейбса.

Нефть, состоя в большей своей части из смеси различных углеводородов, содержит небольшие примеси азотистых, кислородных и сернистых соединений. Среди азотистых соединений Трейбс обнаружил некоторые окрашивающие вещества, хорошо известные химикам и обозначаемые порфиринами. Эти порфирины находятся в ближайшем родстве с зеленым красящим веществом, содержащимся в листьях растений и называемым хлорофилом. Порфирины представляют собою продукт некоторого изменения, упрощения хлорофила. Находка в нефтях этих растительных красящих веществ сразу подкрепила предположение о происхождении нефти из того же материала, из которого образовались и ископаемые угли. Кроме того это указало на одну очень важную сторону процесса, в результате которого это превращение совершалось. Опыты показали, что порфирины принадлежат к веществам, неспособным выдержать действия высокой температуры. Таким образом если бы нефть возникла в результате перегонки, требующей участия значительного жара, то порфирины оказались бы разрушенными и не могли бы быть найденными в нефтях.

*

Какими же средствами располагала природа для того, чтобы вызвать превращение отмершей растительности в нефть?

Научно-исследовательские работы, проведенные за последние годы преимущественно у нас в Союзе, показали, что в нефтях заключаются бактерии. Это навело на мысль, что образование нефти в природе проходило при активном участии этих могущественных деятелей разнообразнейших превращений органических веществ. Такое превращение, совершаясь в замкнутых пространствах, где растительный материал погребен под пластами очень плотных пород, например глин, образует газообразные продукты, которые не могут удаляться.

Они производят давление на разлагающееся органическое вещество, и это давление направляет деятельность бактерий несколько по иному пути, чем тот, с которым мы привыкли встречаться.

Кислород, заключавшийся в растительном веществе, заменяется водородом, а присоединение водорода влечет за собою постепенное разжижение разлагающейся растительности с образованием смеси разнообразнейших углеводородов.

В своих деталях образование нефти нам еще неизвестно.

Предстоит долгая и упорная работа химиков, геологов и биологов для того, чтобы раскрыть во всей полноте загадку происхождения нефти.