Химия и физика нефти

Наиболее известной концепцией неорганического происхождения нефти является минеральная (карбидная) гипотеза Д.И. Менделеева (1837). Согласно его представлениям, нефть возникает в результате взаимодействия паров воды и карбидов металлов ядра Земли.

Д. И. Менделеев считал, что основой процесса образования углеводородов является взаимодействие карбидов глубинных металлов с водой, которая проникает по трещинам с поверхности на большую глубину. Схема процесса представлялась следующим образом:

2FeC + 3H₂O → Fe₂O₃ + C₂H₆

MC_m + mH₂O → MO_m + (CH₂)_m.

Не вызывает сомнений сейчас также то, что вода с поверхности по трещинам на большие глубины поступать не может. Но это и не существенно, флюидная фаза глубинных пород в определенных условиях содержит воду, поэтому в принципе ее взаимодействие с карбидами возможно. Вполне вероятно и образование простейших углеводородов, однако, вряд ли это возможно в больших количествах.

Неорганическая концепция, по словам Д.И. Менделеева, объясняет «все главные факты нефтенахождения и то, что нефть находится рассеянною во всех краях света». В соответствии с общей схемой абиогенной концепции предложено множество вариантов реализации нефтеобразовательных процессов.
2.3.1.2 Сейсмотектомагматические (вулканические) гипотезы

Вулканическая гипотеза относительно происхождения нефти была сравнительно широко распространена на ранней стадии дискуссии между «орга­никами» и «неорганиками».

Хотя сама идея о связи нефти с извержениями вулканов находила от­ражение еще в трудах Страбона почти 2 тыс. лет назад, автором вулканической гипотезы обычно считают американца Ю. Косту. Именно он указал на приуроченность месторождений нефти и газа к тре­щиноватым зонам земной коры. Анализируя материа­лы по Примексиканской впадине, Ю. Коста связал образование нефти, газа, каменной соли и сероводоро­да этого региона с выделением их из горячих вод, поднимающихся из глубин под влиянием «вулканиче­ского давления» вдоль линий «структурного ослабле­ния». Вместе с тем еще А. Гумбольдт и другие ученые наблюдали нефть, твердые углеводороды, битумы и нефтяные газы при извержениях вулканов, в том числе в свежеизлившихся лавах Везувия и Этны. К сожалению, это вскоре было забыто, и среди геологов надолго утвердилось мнение, что нефти и углеводородного газа в вулканических выделениях нет и быть не может.

После Косты «неорганики» неоднократно возвращались к вулканической гипотезе. Наиболее обоснованно это получилось у Э.А. Штебера, длительное время изучав­шего грязевые вулканы Керченского, Таманского и Апшеронского полуостровов.

Еще в 1924 году профессор Э.А. Штебер опубликовал работу «О происхождении нефти из продуктов эманации Земли», в которой сформулировал гипотезу минерального происхождения нефти («эманационную концепцию») из мантийного газа. Но поскольку гипотеза Штебера противоречила гипотезе органического происхождения («сапропелевой»), за которой стояли имена таких ученых, как академики И.М. Губкин, В.Н. Вернадский, А.Е. Ферсман, она была категорически отвергнута.

В чем суть его идей, научных открытий, предсказаний?

По Штеберу, в верхней мантии Земли (астеносфере) происходят химические процессы образования оксидов. Соединения кислорода с железом, никелем, магнием, алюминием, кремнием идут на строительство базальтово-гранитного слоя земной коры, а оксиды углерода и серы (СО, СО₂, SО₂) вместе с водородом, азотом, гелием образуют газ (по Штеберу – «элементарный»). Этот газ имеет температуру 1200…1500^оС и находится под давлением порядка 1000 атм. Через раковины, трещины, разломы в базальтово-гранитный оболочке он вырывается из мантии, образуя вулканоиды. В отличие от вулканов, выносящих из мантии магму, вулканоиды выносят газ.

Скважины вулканоидов, как кровеносные сосуды, пронизывают всю земную кору, формируя ее осадочный слой с песками, глинами... Но самое главное – в скважинах идут химические процессы преобразования элементарного газа в разнообразные продукты. Условия для такого естественного химического синтеза – уникальные: большие градиенты температур и давлений, присутствие катализаторов. Эти химические процессы в скважинах и составляют основу эманационной теории Штебера.

В 1914 году Штебер пришел к выводу, что нефть образуется в жерлах вулканов на глубине около 10 км благодаря реакциям меж­ду окисью и двуокисью углерода, с одной стороны, и водорода – с другой, при температурах 300…400°С:

2СО₂ + 7Н₂  4Н₂ + С₂Н₆;

ЗСО₂ + 10Н₂  6Н₂О + С₃Н₈;

4СО₂ + 13Н₂  8Н₂0 + С₄Н₁₀ и т.д.
При температуре примерно 800 °С и давлении 1,96 МПа Штебер экспериментально из двуокиси углерода и водорода получил смесь газообразных угле­водородов, а при более высоких температурах (800…900°С) - графит.

В диапазоне температур 900…200^оС (на глубине от 20 до 5 км от поверхности Земли) из водорода и углекислоты в скважинах образуются вода и метан. При температуре около 200 ^оС по аналогичной схеме начинают образовываться уже более сложные углеводороды: этан, бутан, пропан (предельные и непредельные). Это открытие, которое также оказалось незамеченным, Штебер сделал в 1938 году при исследовании вулканоидов на территории тогдашней Чечено-Ингушетии.

В итоге, вопреки мнению, что крупные месторождения нефти следует искать в местах, где когда-то могли скапливаться мощные пласты биомассы, по Штеберу, такие места должны находиться возле разломов и других дефектов земной коры, где имеются условия для выхода газа из мантии Земли. Например, на шельфах, где континентальная структура коры переходит в океаническую.

А вот и практическое подтверждение сказанного: за вторую половину ХХ в добыча нефти на шельфах поднялась от 0 до 20 % от всей добываемой в мире нефти.

Далее, Штебер утверждал, что самые крупные месторождения нефти могут быть в районах с вечной мерзлотой, которая является как бы естественной «затычкой» скважин, по которым газ выходит из мантии. Только в этих условиях возможно накопление огромных количеств нефти и газа в осадочном слое земной коры. Это предсказание Штебера подтверждают открытия новых месторождений газа и нефти в высоких широтах в нашей стране, на Аляске и в Канаде.

Уже после смерти Штебера исследователи стали постоянно находить следы битумов (нефти) в слоях земной коры, которые появились задолго до возникновения жизни на нашей планете, в том числе в самой глубокой скважине на Кольском полуострове.

Многочисленные исследования вулканических выде­лений, обобщенные М.К. Калинко (1968), свидетель­ствуют о несколько преувеличенных представлениях о содержании в них углеводородных фракций. Фак­ты спорадического присутствия их в газообразных эманациях вулканов объясняются тем, что вулканические каналы зачастую прорывают осадочные породы с ор­ганическими остатками, которые и продуцировали углеводороды, захваченные вулканическими потоками. Так, исследователи вулкана Безымянного на Камчатке Г.С. Горшков и Г.Е. Богоявленский допускают, что в знаменитой Долине Десяти Тысяч Дымов под тол­щей лав погребен растительный покров, который и мог продуцировать метан при своем обугливании.

Теоретические воззрения на абиогенное формирование месторождений углеводородов, как уже отмечалось, заметно отличаются в деталях.

Часть ученых считает, что нефть и газ образуются только тогда, когда идет дегазация водорода из глубинных зон планеты. И если в настоящее время происходит дегазация водорода, то нефть и газ должны генерироваться прямо сейчас, и будут генерироваться завтра (здесь имеется в виду шкала времени человеческой цивилизации). Таким образом, запасы углеводородного сырья, которые мы используем, скорее всего, продолжают пополняться и сегодня. Примечательно, что бакинские нефтепромыслы, заложенные еще братьями Нобель, до сих пор продолжают давать нефть. А бывает и так: месторождение открыто, разбурено, подсчитанные извлекаемые запасы полностью выбраны, а нефть продолжает поступать.

В 50-х годах прошлого столетия снова начал возрастать интерес к минеральной гипотезе, причиной чего была, по-видимому, недостаточная ясность в ряде вопросов органической концепции, что и вызвало ее критику. В 1950 году профессор Н.А. Кудрявцев выдвинул магматическую гипотезу образования нефти. По его мнению, на больших глубинах – в мантии Земли – в условиях очень высокой температуры углерод и водород образуют углеводородные радикалы – СН, СН₂ и СН₃. Вследствие перепада давления они перемещаются по веществу мантии в зоны глубинных разломов и вдоль этих разломов поднимаются вверх, ближе к земной поверхности. По мере понижения температуры в верхних слоях эти радикалы соединяются друг с другом и с водородом. В результате образуются более сложные нефтяные углеводороды. Дальнейшее движение углеводородных газов и нефти приводит к выходу их на поверхность Земли, или в ловушки, возникающие в проницаемых осадочных породах, а иногда и в кристаллических породах на границе с первыми. Передвижение углеводородов происходит по заполненным водой трещинам и вызывается огромным перепадом давления на пути миграции и в местах образования нефти в осадочной толще, а также разностью плотности воды и нефти.

Представления Н.А. Кудрявцева заметно изменялись во времени, но сущность их, заключающаяся в том, что нефть и газ образуются в глубинных зонах Земли из смеси H₂, CO, CO₂ и CH₄ в результате реакций прямого синтеза углеводорода из CO и Н₂, а также полимеризации радикалов CH, CH₂, CH₃, не менялась. Предполагалось, что образование углеводородов происходит из реакционной смеси в раздробленных глубинными разломами участках литосферы. Прорыв находящихся под высоким давлением углеводородов вверх, в осадочную толщу, приводит к образованию залежей нефти и газа.

Выво­ды, к которым пришел Н.А. Кудрявцев, взбудоражи­ли специалистов и способствовали возобновлению за­тихшей было дискуссии. Прежде всего, было обращено внимание на пространственную приуроченность месторождений нефти и газа к зонам глубинных разломов земной коры. Сама по себе такая мысль была не нова. На это уже указывали Г.В. Абих и Д.И. Менделеев на при­мере Апшеронских месторождений. Но у Н.А. Кудрявцева эта связь приобрела закономерный и всеобщий характер. Он акцентировал внимание спе­циалистов на имеющиеся факты приуроченности скоп­лений углеводородов к магматическим породам. Так, в штате Вайоминг (США) местные жители для отап­ливания своих домов использовали асфальт из гранит­ных пород соседних Медных гор. Нефть заполняет здесь трещины и пустоты в магматических образова­ниях до глубины 600 м. Для добычи нефти и асфаль­та пробивались даже с поверхности шахты и штольни. В ряде месторождений марганца Швеции и Норвегии асфальты были обнаружены в пегматитовых жилах. Жидкая нефть была выявлена и в пегматитовых жилах Канады. Важным доводом Н.А. Кудрявцева являлось обна­ружение следов нефти в кимберлитовых трубках. Ещё один довод ученого: в мире известны удивительные случаи аномально высокой концентрации нефти. В зоне Персидского залива сосредоточено почти 70 % всех зарубежных запасов «черного золота». Еще более грандиозные залежи тяжелой нефти и битумов известны в Канаде и Венесуэле. В Канаде в песчаниках мелового возраста содер­жится около 100 млрд т тяжелой нефти плотностью 1,0…1,07 г/см³, что практически равно всем мировым ее запасам. Только высокая вязкость этой нефти не позволяет эксплуатировать месторождение обычным способом. Н.А. Кудрявцев полагает, что для образования такого количества тяжелой нефти потребовалось бы обычной нефти в 3–4 раза больше. С позиций органической концепции для сбора такого количества нефти необхо­дима очень большая площадь: не менее 2 млн км². Однако в этом районе Канады нет столь огромной нефтесборной территории.

В Венесуэле по нижнему течению реки Ориноко вытянулся знаменитый асфальтовый пояс Офисина-Трембладор. Общие запасы тяжелых углеводородов в его пределах оцениваются почти в 500 млрд т. По расчетам

Н.С. Бескровного для образования этого количества тяжелой нефти, асфальтов и битумов по­требовалось бы почти 1,5 трлн т обычной нефти. С позиций органической гипотезы проис­хождения нефти подобные факты трудно объяснялись.

Н.А. Кудрявцев обратил внимание исследователей еще на один весьма интересный факт: на наличие в вулканических газах (фумаролах) газообразных углеводородов.

Еще в 1969 г. П.С. Бескровный, изучая вулканы Кам­чатки, обнаружил в кратере вулкана Узон небольшое озерцо жидкой нефти. Узонская нефть ничем не отли­чалась от обычной. Она даже была оптически активна и вращала плоскость поляризации света вправо на 21°, что, казалось, полностью опровергало представле­ние «органиков», будто оптическая активность создает­ся лишь живым веществом.

В 1970 году были опубликованы интересные данные о выделении нефти в многочисленных горячих источни­ках (до 100 °С) Йеллоустонского парка. Источники были ювенильны, т. е. связаны с глубинными магма­тическими очагами.

Н.А. Кудрявцев не только приводил факты в поль­зу неорганической концепции, но и подвергал критике устои «органиков». В частности, он ставил под сом­нение возможность перемещения нефти вдоль слабона-клоненных пластов-коллекторов на большие расстояния под влиянием только силы тяжести; отрицалась воз­можность выделения углеводородов из нефтепроизводящих свит и концентрации их в залежи.

По мнению Н.А. Кудрявцева, разнообразие реакций обеспечивает разнообразие нефти в природе. Движение углеводородов к земной поверхности про­исходит по системам трещин, оперяющих глубинные разломы. В результате в пористых породах осадочного чехла скапливается несколько залежей, образующих не одно месторождение, а целые зоны нефтегазонакопления. Таким образом, Н.А. Кудрявцев увязал воедино разрознен­ные до того представления «неоргаников». Исходя из своих теоретических воззрений, он делал и практиче­ские выводы, в частности предлагал искать залежи нефти в зонах глубинных разломов, включая в объект поиска и магматические породы фундамента. Н.А. Куд­рявцев считал, что если залежь выявлена в верхних горизонтах осадочного чехла, то внизу обязательно должны быть новые залежи, может быть, даже более богатые «черным золотом». В результате и глубоко залегающие горизонты земной коры (до глубины 6– 7 км и более) стали рассматриваться как перспектив­ные объекты, что имело большое практическое значе­ние и было в ряде мест земного шара подтверждено сверхглубоким бурением.

Академик АН УССР В.Б. Порфирьев в свое время возглавлял украинскую школу «неоргаников». Основ­ной упор в своих исследованиях он делал на изучение и обобщение фактов приуроченности скоплений нефти и газа к породам фундамента на Украине, Волго-Урале и в Западной Сибири. В частности, по последнему региону было проанализировано почти 150 площадей, где установлена нефтегазоносность в трещиноватых и выветренных породах фундамента. На основании этого В.Б. Порфирьев и его коллеги пришли к заключению, что кристаллические, метаморфические и вулканиче­ские породы фундамента Западной Сибири представ­ляют самостоятельный объект на нефть и газ. В целях поиска глубинных залежей нефти они рекомендовали разбуривать фундамент на глубину 1–2 км, располагая скважины в зонах глубинных разломов и, особенно, в местах их пересечения.

Другой вывод В.Б. Порфирьева заключался в еди­новременном акте творения нефти. Ученый считал, что образование всех залежей в мире про­изошло в миоцен-четвертичное время (последние 13–10 млн лет). По каким-то причинам именно в тот период геологической истории Земли произошло раскрытие зон глубинных разломов, по ним устреми­лись в осадочные пласты верхних сфер литосферы жидкие и газообразные углеводороды, источник кото­рых находился в области мантии.

Термодинамическому обоснованию глубинного про­исхождения нефти были посвящены работы львовского ученого Э.Б. Чекалюка. По его мнению, термической деструкции углеводородов препятствуют огромные давления (десятки тысяч атмосфер) мантии Земли. Его исследования базировались на математическом фи­зико-химическом моделировании состояния термодина­мического равновесия углеводородных систем в геотермобарических условиях. Главные выводы ученого сводились к тому, что с увеличением глубины геоста­тическое давление тормозит процесс термической де­струкции нефти.

Теоретические исследования группо­вого состава глубинной нефти, проведенные львовскими учеными, показали, что с глубиной молекулы углево­дородных соединений могут укрупняться. В верхней части астеносферы (глубина до 100 км) в равновесной системе содержится в основном метан. По мере воз­растания глубины в составе углеводородов должны появляться гомологи метана, затем непредельные со­единения, нафтены и ароматика, на больших глуби­нах – кислородные, сернистые и азотистые соединения. Термодинамическими расчетами доказывается так­же, что содержание определенной группы соединений в глубинных нефтях вначале будет увеличиваться с глубиной до некоторого максимального значения, а за­тем падать. Максимум содержания метана в астено­сфере должен располагаться на глубине 100–120 км; алканов – 120–170, нафтенов – 150–230, ароматиче­ских соединений – до 260 км. Таким образом, увели­чение давления стимулирует полимеризацию и конден­сацию углеводородов в крупные углеводородные молекулы. По представлению Э.Б. Чекалюка, оптимальные геотермобарные условия для синтеза нефти имеются в пределах астеносферы. На больших глуби­нах залегания астеносферы могла бы образовываться тяжелая нефть, на меньших — легкая или газоконден­сат. Автор гипотезы считает, что в осадочном покрове углеводородные системы оказываются терми­чески нестойкими и должны претерпевать деструктив­ные изменения.

С иных позиций рассматривал термобарические ус­ловия образования углеводородов другой исследова­тель, И.В. Гринберг, выступивший в середине 60-х го­дов с баровакуумной гипотезой. По его данным, любой природный нефтяной углеводород базируется на срав­нительно ограниченном комплексе исходных «структурных» элементов: С, СH, СН₂ и СН₃. Их возникновение, сохранение и превращение в углеводороды мо­гут происходить, по И.В. Гринбергу, только при нали­чии в мантии Земли вакуумно-реакционных объемов в форме полостей глубинных разломов. В этом отноше­нии И.В. Гринберг явился новатором в стане «неорга­ников». Последние, как мы видели, традиционно связы­вали образование углеводородов с огромными давления­ми и высокими температурами в мантии Земли. По мнению же И.В. Гринберга, основанного на современ­ных достижениях в области синтеза графитовых и ал­мазных систем, формирование углеводородов из «структурных» элементов происходит в относительном вакууме. Этим исследователь отводил критические за­мечания идейных противников о том, что в условиях сверхвысоких давлений углеводородные цепи сущест­вовать не могут. Глубинные разломы представляют собой своеобраз­ную, сравнительно узкую зону повышенной трещиноватости земной коры. Поскольку сплошность литосфе­ры нарушена, то возникает некоторая связь между земной поверхностью и недрами, она приводит к отно­сительному выравниванию давления в зоне разлома. В результате в его корневой области, лежащей в осно­вании коры или даже в мантии, глубинное давление снижается. Происходят резкий сброс напряжений и формирование локальных вакуумных зон, столь необ­ходимых, по мнению И.В. Гринберга, для возникно­вения углеводородных соединений из «структурных» элементов.

В качестве донора атомов углерода и водорода И.В. Гринберг опять-таки рассматривал углекислоту и воду. По его мнению, недра нашей планеты – прак­тически неисчерпаемый источник этих веществ. Именно углекислота и вода являются главным компо­нентом газовой фазы вещества верхней мантии. Свои выводы он подкреплял данными по изучению газовых эманаций Гавайских вулканов, которые содержат до 73 % воды и около 20 % углекислоты. В зависимости от соотношения этих исходных «материнских» веществ зарождаются и формируются основные четыре генети­ческие карбоцепные формы: метаногазоконденсатные, типично нефтяные, смолисто-асфальтовые и немигра­ционные графито-алмазные системы. Нефтегазовые флюиды по трещиноватым зонам глубинных разломов мигрируют вверх, претерпевая по пути различные гео­химические превращения.

Представление И.В. Гринберга и Э.Б. Чекалюка об углекислоте и водороде как источников углеводоро­дов основывалось на открытии еще начала ХХ века. В 1908 г. русский химик Е.И. Орлов доказал возможность синтеза нефтяных углеводородов из этих продуктов (смесь окиси углерода и водорода называлась в то время водяным газом).

Еще один подход был предложен Д.C. Салиповым, который считает, что все месторождения нефти и газа образовались в результате извержения углеводородов из-под фундамента земной коры, с последующим заполнением ими различных подземных резервуаров.

Эта концепция доказывается согласованным поднятием земной коры в многопластовых нефтяных месторождениях, вдоль нормали к земной поверхности, что является результатом фонтанного, направленного вертикально вверх, вулканического извержения углеводородов, с последующим выталкиванием ими воды из коллекторов и распределением углеводородов по плотностям.

Эти поднятия начинаются с фундамента, а в некоторых месторождениях выходят на поверхность, отражая структурные особенности залегания нефтенасыщенных пластов (Суторминское, Аганское, Черногорское поднятие Самотлорского месторождения и т. д.). В результате согласованного поднятия в вышеперечисленных месторождениях на поверхности образуются холмы.

Для объяснения факта существования нефти в породах фундамента, сторонниками органического происхождения нефти и газа была выдвинута гипотеза, что при большом пластовом давлении миграция нефти может происходить вниз. Думается, что заполнение пустот породы углеводородами из-под фундамента более логично и не требует привлечения математики.

Шельфовые месторождения морей и океанов тоже образованы в результате углеводородных извержений. Месторождения шельфов слабо объясняются гипотезой органического происхождения нефти и газа. Вышеизложенная теория допускает возможность существования месторождений практически под любой площадью земной и морской поверхности.

Доказательством существования углеводородов под фундаментом может служить слой Гутенберга, верхний слой астеносферы, отличающийся пониженной скоростью распространения сейсмических волн. Если допустить, что этот слой в основном состоит из накапливающегося под фундаментом земной коры газа, то закономерно и понижение скорости распространения сейсмических волн в этом слое.

Оригинальный взгляд на происхождение нефти был изложен сотрудниками Геологического института АН СССР – член-корреспондентом АН СССР П.Н. Кропоткиным и его коллегой Б.М. Валяевым. Критикуя основы учения о нефтегазоматеринских свитах и отрицая генетическую связь нефтегазоносности с осадочными толщами, они объясняют образование нефти и газа дегазацией ман­тии Земли. Идея о том, что наша планета как бы ды­шит, выделяя глубинные газы в окружающее космиче­ское пространство, была высказана еще в 20-е годы прошлого столетия академиком В.И. Вернадским. Позднее, уже в наше время, это представление было развито в трудах академика А.В. Сидоренко.

По мнению П.Н. Кропоткина и Б.М. Валяева, значительная доля в газовом дыхании Земли принад­лежит углеводородам. Авторы этой концепции исходят из того, что первичное земное вещество состояло из смеси углистых хондритов (40 %), обыкновенных хондритов (45 %) и железных метеоритов (15 %).

В своем докладе на 27-м Международном геологиче­ском конгрессе они доказывали, что «кон­денсаты, формировавшие мантию Земли, были по со­ставу аналогичны углистым хондритам, резко обо­гащенным летучими, в том числе углеводородами, типа парафинов, нефтей». В условиях высокой температуры и давления, харак­терных для верхней мантии, флюидно-газовая фаза имеет резко восстановительный характер и при давле­нии (1–20)  10³ МПа состоит преимущественно из метана, аммиака, воды, сероводорода и водорода с под­чиненным количеством этана, пропана, азота и угле­кислоты. Далее протекают реакции по схеме Э.Б. Чекалюка, что приводит к полимериза­ции и усложнению углеводородных молекул. Легкие углеводородные газы вместе с другими глубинными эманациями стремятся вырваться на поверхность Зем­ли. Если они на пути своего движения вверх встреча­ются с высокотемпературными магматическими очага­ми, то может произойти разложение углеводородов с образованием углекислоты и воды. По мнению П.Н. Кропоткина и Б.М. Валяева, только «холодный» вариант дегазации мантии, когда на пути движения га­зов нет ни магматических очагов, ни сильно прогре­тых слоев, может обеспечить сохранность углеводоро­дов и их накопление в осадочном слое земной коры.

Поскольку процесс дегазации мантии легче всего происходит в зонах разломов, то истечение углеводо­родных газов, как рассуждают П.Н. Кропоткин и Б.М. Валяев, должно осуществляться наиболее ин­тенсивно вдоль крупных разломов. Наряду с ведущей ролью дегазации мантии при об­разовании нефти и газа ученые допускают возмож­ность возникновения углеводородов из рассеянного ор­ганического вещества, но в более скромных количе­ствах по сравнению с глубинными источниками. Заслу­гой П.Н. Кропоткина и Б.М. Валяева является по­пытка увязать глобальный процесс дегазации мантии Земли, приведший к возникновению атмосферы и гид­росферы на нашей планете, с рождением нефти и газа.

Схожие взгляды на образование углеводородов раз­вивает американский ученый Т. Голд. Он исходит из необходимости объяснения избыточного уг­лерода на нашей планете. Фотосинтез как источник углерода, по его мнению, недостаточен. Т. Голд пред­полагает, что углерод попал на Землю при ее форми­ровании из протопланетного облака. Первоначально он концентрировался вместе с другими низкотемператур­ными конденсатами, главным образом в форме неокисленных компонентов, включая углеводороды. Попав за­тем в недра Земли, углеродистое вещество при соот­ветствующих давлениях и температурах должно было высвобождать углерод преимущественно в форме ме­тана. В потоке этого газа, двигавшегося из недр на по­верхность, по представлению Т. Голда, могли образо­вываться более сложные молекулы углеводородов.

Другие ученые, сторонники идеи газового дыхания Земли, наряду с вертикальной миграцией углеводоро­дов допускают и существенное их горизонтальное пе­редвижение. По существу взгляды П.Н. Кропоткина, Б.М. Валяева, Т. Голда и др. мало чем от­личаются от воззрений других «неоргаников».

Параллельно с изложенными воззрениями, еще в 70-х годах прошлого столетия, советская геологическая наука предложила в рамках проявления более широкого природного процесса – дегазации Земли – гипотезу о гидридном железоникелевом составе ядра нашей планеты. Сверхсжатый водород, оставшийся от протопланетной стадии формирования нашей планеты и пропитывающий в результате окклюзии ее жидкое ядро, по мнению российских ученых постоянно перемещается на периферию ядра к границе с мантией, где с мощным выделением тепла преобразуется в молекулярный. Разогревая нижнюю мантию до пластичного состояния, газовый водородный пузырь по дороге своего движения к верхним слоям мантии присоединяет находящийся в ней углерод, также образуя метан.

Эта потенциально горючая и взрывчатая смесь молекулярного водорода и метана, устойчивая в глубинной бескислородной среде, в виде огромных лёгких пузырей поднимается вверх и формирует путь для нагретых столбов пластичного вещества мантии диаметром в десятки и сотни километров, уходящих вглубь к границе жидкого ядра. Хотя верхняя мантия, как уже давно установили геофизики, твёрдая и нагрета всего до 600 ^оC, можно предположить с учётом сказанного выше, что смесь молекулярного водорода и метана, следуя вместе с абиогенно синтезированными газом и нефтью, поднимается до подкорковых слоёв. А далее по разлому земной коры и его оперяющим трещинам эта смесь впрыскивается под колоссальным давлением мантийного очага в любую пористую и проницаемую среду, распространяясь в ней из разлома подобно грибообразному облаку.

Если эта смесь не проникает в земную атмосферу через земную кору, то образуются месторождения природного газа и нефти. При попадании нефти и газа в пористую и проницаемую среду морского или океанического дна не происходит их всплывания, так как сила поверхностного натяжения на границе раздела нефть-вода или газ-вода в 12–16 тыс. раз больше силы всплывания нефти. Нефть и газ остаются сравнительно неподвижными, пока новые порции нефти и газа не продвинут их залежи.

Таким образом, «вечная» (для геологов) проблема происхождения нефти и газа сводится к проблеме источника водорода. Но если водород истекает струями из глубоких недр планеты, то там, где эти струи попадают в обогащенные углеродом толщи, должны идти реакции гидрогенизации, т.е. должны формироваться нефтеносные провинции и месторождения природного газа. В данной связи, углерод может быть любой – и в виде растительных остатков в осадочных породах, и в виде графита в метаморфических сланцах кристаллического цоколя платформ. По этой причине не следует удивляться, если в районах, где отсутствуют «нефтематеринские бассейны», вдруг обнаруживаются месторождения с хорошим дебитом.

В случае выхода только газов они соединяются с водой, образуя залежи газовых гидратов. Однако если смесь водорода и органических соединений прорывается в земную атмосферу, то огромная тепловая энергия реакций соединения атмосферного кислорода с водородом, метаном и другими углеводородами в жерлах вулканов плавит горные породы до 1500 ^оC, превращая их в потоки раскалённой лавы. В атмосферу при этом выбрасываются тысячи кубических километров газов, в том числе продуктов сгорания водорода и метана – водяного пара и углекислого газа.

С некоторой долей условности к неорганическим гипо­тезам можно отнести концепцию происхождения неф­ти, выдвигаемую томским ученым членом-корреспон­дентом АПН СССР А.А. Воробьевым. Автор исходит из представления о важной роли, которую играют в развитии нашей планеты электрические процессы. По его мнению, в литосфере Земли имеются тела с очень высокими диэлектрическими свойствами, гораздо с большими, чем в атмосфере. Если это так, то элект­рические разряды в литосфере должны возникать весь­ма часто, с большой интенсивностью и иметь серьез­ные последствия для жизни Земли. Развивая свою мысль о роли электрических разрядов, ученый допу­скает, что под их воздействием в литосфере вещество может перейти в плазменное состояние. Этому будут способствовать проникновение в недра космических частиц высокой энергии, а также различные механохимические явления.

Плазменные частицы обладают высокой химиче­ской активностью, что создаст возможность протека­ния таких реакций, которые не происходят в обычных условиях. Именно эти реакции, не известные пока нау­ке, пытается использовать А.А. Воробьев для решения проблемы происхождения нефти. Высокая актив­ность плазмы может привести к возникновению угле­водородов, включенных в кристаллические породы, и прежде всего в метаморфические (сланцы, мрамор и др.). По мнению А.А. Воробьева, для синтеза угле­водородов наиболее благоприятны условия, возникаю­щие в тлеющем электрическом разряде при высоких давлениях на поверхности контакта двух тел.

Изложенные воззрения о плазменной нефти как бы соединяют в себе два диаметрально противоположных и несовместимых взгляда на ее происхождение. Вна­чале автор использует органическое вещество для по­лучения метана, который он в дальнейшем искусствен­но расчленяет на радикалы и, «жонглируя» ими, по­лучает нефть. Как с геологической, так и с геохимической точки зрения трудно принять концепцию плазменной нефти. В лабораторных условиях можно получить угле­водороды самым невероятным путем, даже из атмо­сферного воздуха, но это не означает, что и в природе нефть атмосферного происхождения.

В то же время некоторые мысли, высказанные ав­тором гипотезы плазменной нефти, заслуживают при­стального внимания и изучения. Бесспорно, что в нед­рах Земли существуют электрические поля высокого напряжения. Причинами этого, как доказывает иссле­дователь, могут быть электрические явления, связан­ные с ударами молний в грунт, с индукцией при про­хождении заряженного пылевого облака, с индукцией в естественном магнитном поле Земли. Важный меха­низм электризации горных пород А.А. Воробьев видит в трении в месте контакта при взаимном перемещении тел.

Отсюда делается интересный вывод о трещинообразовании в земной коре как о способе превращения механической энергии в энергию электрического поля. Это находит неожиданное подтверждение и в геологи­ческих данных. Еще в 1933 г. французский исследова­тель К. Шлюмберже указывал на связь формы облаков с крупными трещиноватыми зонами земной коры (раз­ломами). Современные геофизические приборы устано­вили увеличение электропроводности в зонах разломов и приземном слое воздуха над ними. Была отмечена избирательная поражаемость трещиноватых зон ударами молний. Все это доказывает возбужденное, ано­мальное электрическое поле в приразломных зонах. Можно допустить и то, что электрическое поле ли­тосферы и сравнительно кратковременные электриче­ские заряды могут способствовать каким-то образом трансформации органического вещества в углеводоро­ды. Но что это за влияние, в чем оно выражается и каковы масштабы его, пока не ясно. Это требует изу­чения не только в лабораторных, но и, прежде всего, в естественных природных условиях. Поэтому концепцию плазменной нефти следует рассматривать в порядке постановки вопроса и включать ее в круг исследований, выполняемых по проблеме происхождения нефти.

В какой-то степени с идеей плазменной нефти перекли­каются представления группы московских ученых (О.Л. Кузнецов, В.П. Царев и др.) В основе выдвигаемой ими концепции лежит предположение о нефтегазосозидающей роли трущихся поверхностей горных пород. Ученые рас­сматривают горные породы как твердый остов, состоя­щий из контактирующих между собой зерен и пластин минералов. Тектоносейсмические процессы оказывают деформирующее воздействие на составные части поро­ды, вызывая их смещение и развитие трещин на кон­такте. При этом, доказывают исследователи, возникают электрохимические реакции, приводящие к генерации углеводородов. Если А.А. Воробьев отводил трещинообразованию роль генератора электрического поля, ко­торое действует на органику и преобразует ее в нефть и газ, то в данном случае получать углеводороды мож­но еще проще – простым трением минеральных частиц горных пород.

Для доказательства возможности механического по­лучения нефти были поставлены лабораторные экспе­рименты. Образец горной породы с рассеянным органическим веществом подвергли слабым упругим деформациям, которые имитировали воздействие тектоносейсмических усилий. При температурах 20…70°С осуществлялся процесс нефтеобразования, а исходное органическое вещество подверглось метаморфизму.

В лабораторных же условиях при температурах 20…90 °С получены углеводороды и из неорганических соединений. Процесс шел по схеме
СО_з^-2 + 7Н₂О + 8е^-  СН₄ + 10 ОН^- .
Причем под символом СН₄ понимается широкая гамма углеводородов, которые могут образовываться из уг­лекислоты и воды.

Имитация тектоносейсмического фактора (механи­ческая активизация) достигалась путем пересыпания исходных образцов во вращающихся ампулах или при их слабом упругом деформировании. Изучались четы­ре основные системы:

FeO + Fe_s0₄ + Si0₂; Si0₂.

Результаты превзошли ожидания. В первой систе­ме была синтезирована широкая гамма углеводородов газообразных (до C₈), а также некоторое количество жидких. Выход последних в течение 10 суток составлял доли грамма на 1 кг образца. Во второй системе полу­чено до 200 см³ газообразных углеводородов (до С₃) на 1 кг породы за несколько суток. В третьей и чет­вертой системах происходило образование углеводород­ных газов до С_з.

На основе проведенных опытов ученые пришли к выводу о том, что тектоносейсмическая активация гор­ных пород стимулирует специфические физико-хими­ческие процессы, результатом которых является полу­чение углеводородов в земной коре из неорганических веществ. В связи с этим предлагается рассматривать субвертикальные и субгоризонтальные зоны дробления коры (другими словами, разломы) как потенциальные области генерации нефти и газа. Это предположение, нашло поддержку в Институте химической физики РАН. Исследуя химиче­ские реакции, протекающие на поверхности трущихся твердых тел, ученые института обнаружили ускорение химических процессов в миллионы и миллиарды раз.

При сочетании давления и сдви­га в твердом теле скорость химических реакций уве­личивается в 10¹⁰ раз по сравнению с такими же ре­акциями в жидких растворах. Более того, реакции ча­сто идут совсем не в том направлении, которое предсказывается известными химическими законами, а получаемые вещества обладают совершенно неожи­данными свойствами. В этой связи предположение о возникновении углеводородных соединений из твердых земных веществ, содержащих углерод и водород, в условиях огромных давлений недр и сдвиговых де­формаций вдоль разломов не кажется уж таким фан­тастическим.