Удивительные результаты лабораторных экспериментов представил на 26-й Геологической конференции специалистов северных стран российский нефтехимик Владимир КУЧЕРОВ . По его словам, полученные коллективом наших ученых данные подтверждают возможность синтеза сложных углеводородных систем в условиях верхней мантии Земли из неорганического сырья.
Чтобы понять суть этого высказывания, нам придется заглянуть в историю нефти. С той самой поры, когда воины Александра Македонского, как писал Плутарх, начали использовать нефть для того, чтобы смачивать в ней зажигательные стрелы, которые затем огненным градом обрушивались на крепости и корабли противника, не утихают и споры о том, откуда взялась нефть на Земле.
Древние римляне полагали, что нефть — это кровь Земли. И использовали эту чудодейственную жидкость в качестве лекарства от кожных болезней. В Средние века алхимики научились перегонять нефть, получая тяжелые и легкие фракции, и высказали предположение, что нефть сродни углю. Позднее их предположение поддержали такие авторитеты, как М.В. Ломоносов и Н.Д. Зелинский.
Суть рассуждений сторонников органического происхождения нефти такова. Нефть, подобно углю, получается в недрах Земли из органических остатков, которые попадают в недра вследствие перемещения горных пластов при сейсмических подвижках. Оказавшись глубоко под землей, в условиях сильного давления и практически полного отсутствия кислорода, эти органические остатки и превращаются со временем либо в уголь, либо в нефть. А именно древесные стволы и прочая растительность превращаются в уголь, а остатки животных организмов и продукты их жизнедеятельности — в нефть. Кроме того, имеют значения величины температур, давлений и прочие условия…
Однако такая точка зрения вызывала справедливые нарекания. Хотя бы потому, что как-то чересчур сложно уж все получалось. Отложения эти в определенное время должны были попасть в некие пограничные условия, должны были пройти миллионы, а то и миллиарды лет, прежде чем из этого сырья получилось «черное золото»…
«Мне, как химику, куда легче представить, что нефть может получаться в недрах Земли в результате взаимодействия карбидов железа в горных толщах с водой», — заявил Д.И. Менделеев и даже написал сравнительно несложное уравнение такой реакции.
Вот оно: 2FeC + ЗН2О — Fe2О3 + С2Н6.
Но откуда могло появиться в недрах столь значительное количество карбида железа? Ведь это нестойкое соединение, и в природных условиях высока вероятность его окисления. Образование карбида железа могло произойти на определенном этапе охлаждения Земли из первоначального раскаленного шара в интервале 1800–1900 °C. При температуре 1000–2500 °C карбид железа взаимодействует с парами воды, что приводит к образованию углеводородов. Но в этих условиях углеводороды нестойки и распадаются на водород и углерод. При более низких температурах эти составляющие вновь трансформируются в карбид железа, который в более мягких условиях взаимодействует с водой и генерирует углеводороды. Последние в газообразном состоянии поднимаются к поверхности, где при охлаждении и собираются в пористой породе осадочного слоя в залежи.
Процесс образования залежей карбида железа может быть представлен и более простой схемой, при которой железо взаимодействует с графитом при высоких температурах и недостатке кислорода. Как известно, имеется несколько типов карбидов железа (FeC, Fe 2 C, Fe 3 C и т. д.), которые могут быть источниками образования углеводородов.
В общем, в теории все получается. А на практике?
Как проверить теоретические расчеты, основанные на методах современной термодинамики, которые показывают, что синтез углеводородов возможен при температурах 900 — 1700 градусов по Цельсию и давлении 30–70 килобар?
В глубь Земли не попадешь, да и нет у нас столько времени выжидать, пока эти процессы, уже происходившие однажды, произойдут снова. Да и произойдут ли? Ведь они могли протекать лишь на определенном этапе развития нашей планеты…
В общем, оставался один путь: смоделировать в лаборатории процессы, некогда происходившие в верхней мантии Земли. Конечно, не так-то просто создать установки, в которых реакции синтеза углеводородов из минералов будут происходить при давлении до 50 килобар. Но наши экспериментаторы это сумели. Ими была создана аппаратура высокого давления, позволяющая достигать химического равновесия в реакционной ячейке при температуре до 900—1200 градусов Цельсия и сохранять герметичность в течение нескольких часов.
При этом методами масс-спектрометрии и газовой хроматографии при ступенчатом нагреве в продуктах реакций действительно была обнаружена смесь углеводородов, состоящая из начальных членов алканового, алкенового и аренового рядов.
Успех этих исследований показался специалистам настолько важен, что результаты работы были опубликованы почти одновременно в докладах Российской академии наук и в докладах Национальной академии наук США.
С. СЛАВИН , В.ЧЕРНОВ