Техника - молодёжи 1979-08, страница 27

НАШИ ДИСКУССИИ

В любой проблеме, в том числе

и в проблеме происхождения нефти и других углеводородов Земли, заключена неопределенность. И создание осадочно-миграционной гипотезы, хотя ее теперь и называют теорией, не снимает этой неопределенности. Давая достоверную картину происхождения нефти в типичных случаях, эта гипотеза не может пролить свет на образование сверхгигантских скоплений тяжелой нефти, природу аномально высоких пластовых давлений, грязевой (газовый) вулканизм и некоторые другие явления.

О том, что проблема происхождения углеводородов Земли, и в первую очередь нефти и газа, разработана явно недостаточно, говорит хотя бы обилие вариантов органической гипотезы — от «главной фазы» нефтегазообразования Н. Б. Вассоевича (см. «ТМ» № 7 за 1979 г.) до сейсмоэнергетичесдсого варианта Н. В. Черского и его соавторов. Между ними можно поместить биохимическую гипотезу Ф. А. Алексеева, «плитную»

В. В. Федынского с соавторами, «стадийную» С. П. Максимова и т. д. В них решение вопроса сводится к оценкам запасов органического вещества, захороняющегося в осадочных породах при отмирании организмов, и к разработке вероятного механизма и условий, обеспечивающих его превращение в «микронефть» и газы. Однако сторонники органических гипотез при этом забывают, что образование микронефти — интегральный эффект процесса, растянутого на сотни миллионов лет. И что сам этот процесс возможен лишь потому, что все эти сотни миллионрв лет углерод» выводимый из атмосферы процессом захоронения, постоянно откуда-то восполняется. При интенсивной добыче и сжигании ископаемого топлива в настоящее время в атмосферу в виде углекислого газа человечество выбрасывает столько углерода, что это полностью компенсирует его дефицит и даже создает избыток, угрожающий сохранению условий нашего существования. Но на условия образования нефти этот источник углерода никакого влияния оказывать не мог. Чтобы разобраться в вопросе, откуда же брался углерод, необходимый для образования живых организмов, в течение миллиардов лет существования жизни на Земле, рассмотрим баланс системы «углерод атмосферы — углерод живого вещества».

По оценкам академика А. П. Виноградова, количество углерода, находящегося в атмосфере Земли в виде углекислого газа, составляет 6,3X10¹⁷ г. Атмосфера вместе с поверхностными слоями океана и суши является тем обменным бас

сейном, в котором углерод переходит из живого вещества в косное и обратно. Гораздо больше углерода — 3,6X10 ¹⁹ г — находится в Мировом океане, который может отдавать его в атмосферу и поэтому служит буферным бассейном по отношению к рассматриваемой системе. В океане углерод содержится в виде растворенной углекислоты и карбонатных ионов.

Вот это сравнительно ограниченное количество углерода атмосферы и океана только и может использоваться жизнью, обращаясь в так называемом биохимическом, или биогенном, цикле. Ежегодно живые вещества поглощают примерно 10 ¹⁷ г углерода. То ес?ь в течение каких-то шести-семи лет весь атмосферный углерод проходит через биогенный цикл.

Поскольку живое и косное вещество на Земле сейчас практически находится в равновесии, ежегодно отмирает столько же живого вещества, сколько его производится. Подавляющая масса отмерших организмов или их частей (например, опавших листьев) окисляется в почве, толще вод и донном осадке, и углерод из нее возврашается в обменный бассейн. Однако 0,8% всей отмершей биомассы (это в основном наиболее устойчивые к окислению соединения — липиды) навечно захороняется и выводится из системы. По оценкам члена-кор-респондента АН СССР Н. Б. Вассоевича, ежегодно захороняется 5,8X10¹⁴ г углерода. Кроме того, из вод Мирового океана ежегодно химическим путем в слаборастворимых соединениях кальция и магния выводится еще 2,5x10¹⁴ г углерода, то есть из обменного и буферного бассейнов каждый год изымается порядка 8,3 X10 ¹⁴ г углерода. Теперь нетрудно подсчитать, что если бы этот дефицит углерода не восполнялся из какого-то внешнего источника, то весь углерод из атмосферы Земли был бы переведен в осадки всего за тысячу лет. Подпитка углеродом из буферного бассейна увеличивав^ этот срок почти в 100 раз, но и 100 тысяч лет — срок в геологическом отношении очень небольшой даже по сравнению с четвертичным периодом. Отсюда ясно, что без внешнего постоянного источника углерода развитие жизни на Земле давно должно было бы прекратиться.

На сегодня нам известно три внешних источника, которые компенсируют дефицит углерода в атмосфере и океане. Первый из них — космическое пространство, откуда углерод попадает на Землю вместе с метеоритами и космической пылью, но в крайне небольшом количестве, которое для нашей

цели можно не учитывать. Второй источник — мантия Земли. По современным представлениям, происходящие в ней процессы должны закономерно сопровождаться постоянным оттоком в верхние геосферы легких элементов й соединений, в том числе углерода, причем в основном в виде газообразных соединений. И наконец, третьим источником может быть захороненная часть отмершего живого вещества, о которой мы говорили выше. Но для этого она не только сама должна полностью возвратить в атмосферу вошедший в ее состав углерод, но еще и компенсировать потери углерода на карбонатные осадки океана.

По признанным научным данным, судьба захороненного органического вещества складывается следующим образом. 62% входящего в его состав углерода выделяется в элементарном виде и фиксируется в метаморфических породах. Остальные 38°/о» или 2,2X10¹⁴ г, претерпевают различные превращения. Свыше 90% этого углерода, то есть 2x10 ¹⁴ г, остается в виде битуминозного вещества, дисперсно рассеянного в горных породах. И только 0,2x10 ¹⁴ г входит в состав образующихся угля, нефти и газа, причем на долю последнего приходится около 0,05X10 ¹⁴ г углерода. Практически лишь этот углерод может вернуться в атмосферу. Но его оказывается в 166 раз меньше, чем требуется для восполнения существующих потерь. Отсюда следует, что фактически весь дефицит углерода в атмосфере восполняется притоком углеродистых газов из мантии Земли. Такой приток углерода в обменный бассейн должен был сохраняться для нормального функционирования системы «углерод атмосферы — углерод живого вещества», по крайней мере, в течение всего фанерозоя, охватывающего примерно последние 500 млн. лет жизни нашей планеты.

Впервые на необходимость компенсации потерь углерода в атмосфере и океане за счет внешнего источника обратил внимание академик В. И. Вернадский. В дальнейшем высказанная им идея была разработана В. А. Соколовым, который, однако, полагал, что главную роль в этой компенсации играет вулканический процесс. Позднейшие оценки, выполненные Е. К. Мархининым и нами, показали, что в вулканическом процессе в лучшем случае выделяется 1,5—2,0% требуемого углерода. Значит, остальной углерод поступает из глубин в атмосферу и океан по всей поверхности Земли через многочисленные каналы —

25