Тайны образования нефти и горючих газов - Михаил Калинко

Поскольку одной из основ всех жизненных процессов является углерод, определенный интерес представляет его баланс (рис. 29, 30). Как видно из рисунков, значительная доля углерода приходится на растения и весьма малая - на животных. Значительное количество углерода вносится в атмосферу в виде углекислого газа в результате деятельности человека. В 1971 году количество СО2 составило 16,06 млрд. т, что в пересчете на углерод будет равно 4,5 млрд. т. По прогнозам ряда исследователей, в 2000 году эта цифра удвоится. При этом поскольку поглощение океанами и фиксация растениями полностью не компенсируют поступающее количество углекислого газа, то за 40 лет - с 1960 по 2000 годы - атмосфера пополнится им на 88⋅1010 т.

Рис 29. Цикл углерода на Земле: а - схема: цифры - количество Углерода в граммах на 1 см2 поверхности; размеры квадратов пропорциональны содержанию углерода в соответствующих природных образованиях; стрелками показано направление обмена; б - источники углерода; цифры - количество углерода в миллиардах тонн

Продолжение цикла углерода на земле

Рис. 30. Первичная биопродукция в миллиграммах углерода на 1 м2 в день: 1 - более 500, 2 - 250-500, 3 - 150-200, 4 - 100-150, 5 - менее 100, 6 - суша

Рассматривая "продуктивность" органической жизни в океанах, выраженную в миллиграммах на 1 м2 поверхности в день, нетрудно убедиться в крайней неравномерности ее по площади: наиболее слабо "производящие" области располагаются как в высоких широтах (вблизи Антарктиды и в Северном Ледовитом океане), так ив средних широтах, приуроченных к глубоководным зонам океанов. Почти на один порядок выше "продуктивность" Вблизи западных берегов Южной Африки, западных берегов Южной Америки, у Калифорнии и т. д.

Однако "продуктивность" тех или иных участков территорий и акваторий не полностью определяет количество захороненных в них органических веществ, точнее, она может определить только верхний предел такого количества, и то не всегда, так как возможен принос водными потоками органического вещества, образовавшегося за многие десятки, а то и сотни километров от мест захоронения.

Как видно из рис. 31, зонам максимальной "продуктивности" органического вещества океана не всегда соответствуют зоны максимального его накопления.

Рис. 31. Баланс органического вещества в океане в тоннах в год

В океанических бассейнах довольно четко выявляется общая закономерность увеличения содержания органического вещества в осадках по мере приближения к суше. На фоне общей закономерности выделяются и частные: количество захороняемого органического вещества повышается вблизи устьев рек, особенно таких крупных, как Миссисипи, Ганг, Нигер, Амазонка и др. Любопытно, что осадки, а вместе с ними и органические остатки, выносимые крупными реками, разносятся по океанам и морям на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Так, осадки, выносимые Амазонкой в Атлантический океан, прослежены на расстояние более 2000 км от устья. Вместе с песком и илом на дне оседают кусочки древесины, обрывки растений и другие органические остатки.

Также богаты органическим веществом осадки внутренних окраинных морей (Средиземного, Черного, Каспийского, Японского и др.) и некоторые прибрежные части океанов. Так, у западного побережья Африки в заливе Флемиш-Бей современные осадки содержат до 10-12 % органического вещества. Как правило, количество его в осадках увеличивается с уменьшением диаметра минеральных частиц: оно максимально в глинах, намного меньше в песчаниках и совсем незначительно в более грубых, осадках - гравелитах, конгломератах и т. д.

По подсчетам советского исследователя Е. А. Романкевича, в Мировом океане содержится 1830 млрд. т органического вещества (в пересчете на углерод), из которого на дно ежегодно поступает 1-3 млрд. т, а с осадками захороняется 85 млн. т. Если предположить, то в течение фанерозоя (570 млн. лет) скорость накопления органического вещества в морях и океанах была кой же, как в настоящее время (что, конечно, неверно, к как в отдельные периоды она значительно колебалась), то за этот промежуток времени могло накопиться столько органического вещества, что его хватило бы для образования 56 000 трлн. т нефти. В этих расчетах не учитывалось количество органического вещества, которое накапливается в осадках крупных озер, рек и болот (торф).

Таким образом, в осадочные породы уже на первой стадии их образования попадает органическое вещество, количество которого, как правило, не превышает 1-2 % их состава, но нередко достигает и 10-20%, а эпизодически 50-100 % (горючие сланцы, ископаемые угли).

Таким образом, захоронение органического вещества вместе с минеральными осадками почти всегда сопровождает процесс осадконакопления в водных бассейнах различных типов, и зоны различного содержания (в том числе и повышенного) этого вещества распространяются на огромные площади, измеряемые сотнями или тысячами квадратных километров, и в плане довольно закономерно сменяют друг друга в соответствии со сменой типов осадков (прибрежные, глубоководные и т. д.).

Накопление осадков в водных бассейнах без органического вещества происходит лишь в исключительных случаях и является событием экстраординарным.

Процессы образования магматических пород, как правило, не сопровождаются накоплением органического вещества, оно попадает в эти породы эпизодически, чаще всего при контакте с осадочными образованиями (почвами, осадками и др.).

Нередко при извержениях движущаяся лава захватывает почвы, обогащенные органическим веществом, растительность, встреченную на пути (деревья, кустарники, травяной покров), и даже животных. Органические вещества, попадающие в "живой" поток лавы, имеющий весьма высокую температуру, обычно сгорают. Но нередко органическое вещество бывает захвачено остывающим потоком лавы, оно не успевает сгорать и оказывается погребенным вместе с изверженными породами.

Особенно часто захороняется растительный покров при извержениях, сопровождающихся выпадением большого количества вулканического пепла. Так, при извержении вулкана Толбачик на Камчатке в 1975-1976 годах пеплом были засыпаны лес и кустарник в окружности до 5 км от центра извержения, И В некоторых местах над поверхностью пепла выступают верхние части кустов и деревьев.

При подводных извержениях лавой захватывается верхний слой осадков, обогащенных органическим веществом, или даже организмы (кораллы и др.). Наконец, органическое вещество может захороняться с вулканогенными осадками и в тех случаях, когда в кальдерах вулканов или на их склонах образуются теплые болота, озера, теплые источники, в которых широко развиваются сине-зеленые водоросли и различные микроорганизмы. Такая, например, картина наблюдается в настоящее время в кальдере вулкана Узон на Камчатке. На дне этой кальдеры накапливаются остатки водорослей и растений, образующие линзы торфа, на которых, в свою очередь, развиваются микроорганизмы. Можно не сомневаться, что если снова начнется извержение, то накопившиеся с органическим веществом слои окажутся погребенными под потоками лавы или толщей вулканического пепла.

Органическое вещество в некоторых случаях может попадать и в интрузивные магматические породы. Происходит это двумя путями. Оно может быть захвачено обломками осадочных пород, обогащенных этим веществом, и в таком случае в наибольшем количестве содержится в этих обломках. Так, встречающиеся во многих алмазоносных кимберлитовых трубках Сибири кусочки известняков и доломитов содержат значительно больше органического вещества, чем сами кимберлиты.

Другой путь следующий. При остывании магмы и растрескивании образующихся из нее пород в трещинах создается относительный вакуум, благодаря которому из смежных осадочных пород как бы "высасываются" жидкости и газы. Если эти осадочные породы содержат нефть или углеводородные газы, то газы и нефть могут попадать и в магматические породы. Это хорошо заметно в некоторых кимберлитовых трубках Сибири (например, в трубке Удачная, где скопился метановый газ), а также в магматических породах Гурии (Грузия) т. д.

Но, как уже говорилось, процессы попадания органического вещества в магматические породы являются эпизодическими и по масштабам не сопоставимы с процессами захоронения органического вещества в осаДкйх водных бассейнов.

Принципиальные отличия органического вещества, содержащегося в осадочных и магматических породах, обусловливаются также тем, что не все захороненное органическое вещество впоследствии может стать источником образования нефти и газа. Дело в том, что степень сохранности захороненного вещества и пути его преобразования зависят в конечном итоге от доступа кислорода и условий для удаления продуктов окисления. Так, при свободном доступе кислорода происходит тление органического вещества, и если к тому же существуют условия для удаления продуктов реакции, то органическое вещество разрушается полностью, образуя преимущественно углекислоту и воду. Такова судьба органического вещества, которое захороняется на суше выше уровня грунтовых вод, а также в водоемах со свободной циркуляцией поверхностных вод, насыщенных кислородом, или оказавшегося в слоях грубозернистого материала (песка, галечника и др.), по которым циркулируют насыщенные кислородом воды, удаляющие как само органическое вещество, так и продукты его разрушения.