Сегодня есть две основные гипотезы образования нефти: неорганическая (абиогенная) и органическая (биогенная, и ее также называют осадочно-миграционной).

Сторонники неорганической концепции считают, что нефть образовалась из углерода и водорода по процессу Фишера — Тропша на больших глубинах, при огромных давлениях и температурах выше тысячи градусов. Нормальные алканы могут образоваться из углерода, водорода в присутствии катализаторов, однако в природе отсутствуют такие катализаторы. Помимо этого, в нефтях содержится огромное количество изопренанов, циклических углеводородов-биомаркеров, которые по процессу Фишера — Тропша образоваться не могут.

Дмитрий Менделеев также был сторонником неорганической гипотезы, ему принадлежит карбидная теория происхождения нефти, согласно которой из карбида кальция и воды образуются нефтяные углеводороды. В ходе этой реакции мог быть образован ацетилен, из которого мы можем получить бензол. Этот углеводород присутствует практически во всех нефтях. Но преимущественно в нефтях находятся углеводороды-биомаркеры, которые по этому процессу не могут быть получены. Таким образом, сегодня в лабораторных условиях неорганическим путем не получено ни одной капли нефти.

Рекомендуем по этой теме:
5630
Тест: Наука нефти

Основное внимание в биогенной, то есть осадочно-миграционной, гипотезе образования углеводородов и нефти уделяется термическим и термокаталитическим процессам преобразования органического вещества эукариот: животных, растений и грибов. Ломоносов одним из первых предположил, что нефть могла образоваться из остатков живых организмов. Причем сначала из этих остатков образуется нерастворимое органическое вещество геобиополимер кероген, который впоследствии под воздействием температуры с различной скоростью селективно высвобождает различные классы углеводородов.

Все нефти мира содержат одни и те же углеводороды. Но их распределение различно и зависит от исходного органического вещества, из которого формировался кероген. Иными словами, углеводородное распределение нефтей морского генезиса будет отличаться от углеводородного распределения нефтей континентального генезиса. Если осадконакопление происходило в восстановительных условиях, то есть морских, наблюдается превалирование нормальных алканов относительно низкомолекулярных нормальных алканов с нечетным числом атомов углерода в молекуле состава C15 и C17 над нормальными алканами с четным числом атомов углерода в молекуле состава C16 и C18.

Для морских осадков характерны нормальные жирные кислоты с четным числом атомов углерода в молекуле состава C16 и C18. В процессе созревания органического вещества нормальные жирные кислоты декарбоксилируются с образованием нормальных алканов, содержащих на один атом углерода меньше, то есть нормальных алканов с нечетным числом атомов углерода в молекуле состава C15 и C17. А для континентальных осадков характерны более высокомолекулярные нормальные жирные кислоты состава C28 и C30. В процессе нефтеобразования происходит декарбоксилирование жирных кислот с образованием нормальных алканов с нечетным числом атомов углерода в молекуле, то есть C27 и C29.

Изопренаны, которыми пронизана практически вся осадочная толща Земли, образовались, вероятно, из спирта фитола состава C20, который является боковой цепочкой хлорофилла. В восстановительных условиях происходит дегидратация и образуется изопренан состава C20, то есть фитан. В окислительных условиях сначала происходит окисление гидроксильной группы до карбоксильной, то есть образуется фитоловая кислота. Впоследствии она декарбоксилируется с образованием изопренана, содержащего на один атом углерода меньше. То есть изопренан состава C19, который называется пристан.

Рекомендуем по этой теме:
45981
Земля или Марс? Космический тест

Когда мы говорим «восстановительные условия», это означает, что восстановительные условия превалировали над окислительными или наоборот. В связи с этим нетрудно догадаться, что по отношению величин «пристан — фитан» мы можем говорить о том, в каких условиях эта нефть образовывалась: морских или континентальных. То есть если величина отношения «пристан — фитан» больше трех, то условия были континентальными, а если меньше единицы, то они были восстановительными.

Нашей планете приблизительно 4,6 миллиарда лет. Одна восьмая история Земли — это последние 600 миллионов лет, когда развивалась биосфера, которую мы называем современной. Эукариотические организмы, то есть животные, растения и грибы, появились приблизительно 2,7 миллиарда лет назад. Пик их развития пришелся на гораздо более позднее время — 1 миллиард лет назад.

На нашей планете есть еще одни организмы, благодаря которым была создана современная биосфера и благодаря которым она до сих пор поддерживается. Эти организмы — прокариоты, то есть бактерии и археи. К сожалению, гораздо меньше внимания в осадочно-миграционной гипотезе образования нефти уделяется роли прокариот. Как правило, им отводят роль лишь в начальном этапе преобразования органического вещества эукариот. Вместе с тем понимание процессов нефтеобразования имеет большое теоретическое и практическое значение с точки зрения поисков нефтяных месторождений и возобновления запасов нефти.

Происхождение нефти, как и происхождение жизни, — это фундаментальная проблема естествознания. Кроме того, происхождение нефти — это актуальная проблема нефтяной геологии, поскольку для того, чтобы вести обоснованные поиски нефти, необходимо знать, где и из каких источников она образовалась. В органической гипотезе образования нефти считается, что нефть возникла из остатков живых организмов, обитавших на Земле в прошлые геологические эпохи. Учитывая этап эволюции живых организмов, можно предположить, что первичным источником углеводородов нефти были прокариотические организмы, то есть бактерии и археи. С учетом широкого распространения и высокой скорости их размножения происходит накопление огромного количества органического вещества, которое может быть источником углеводородов. Однако этот вопрос практически не исследован.

Существует мнение об исчерпаемости нефтяных запасов. Это делает проблему происхождения нефти еще более актуальной. Интересно было выяснить, почему в осадочно-миграционной гипотезе основное внимание уделяется роли животных, растений и грибов, а роль прокариот никто не рассматривал. Иными словами, интересно было смоделировать процесс образования нефтяных углеводородов из биомассы прокариот.

В нашей лаборатории углеводородов нефти и рассеянного органического вещества кафедры органической химии и химии нефти РГУ нефти и газа имени Губкина под руководством профессора Гурама Николаевича Гордадзе было показано, что прокариоты наравне с эукариотами также вносят значительный вклад в образование углеводородов нефти. Как в растворимой части, то есть в продуктах жизнедеятельности бактерий и архей, так и в продуктах термических и термокаталитических преобразований нерастворимой части биомассы прокариот были образованы все те углеводороды, которые находятся в нефтях: нормальные алканы, изопренаны, стераны, терпаны, а при термокатализе еще и углеводороды алмазоподобного строения адамантаны и диамантаны.

Образование нефтяных углеводородов происходит и в настоящий момент. Это имеет большое теоретическое значение с точки зрения происхождения нефти и практическое значение с точки зрения поисков нефтяных месторождений и возобновления запасов нефти.