Солнечный камень и сок земли

Горючие осадочные породы органического происхождения многим хорошо известны. Это торф, бурый и каменный уголь, антрацит и нефть. Образование торфа, бурого и каменного угля из растений очевидно. В торфе растительные остатки сохранились превосходно, в буром угле они обнаруживаются без особого труда, в каменном угле встречаются окаменевшие стволы деревьев, корни, веточки и листья. Угли образовались из растительных остатков в течение многих миллионов лет под влиянием сложных физико-химических процессов. При превращении торфа с хорошо сохранившимися растительными остатками в каменный уголь происходило сильное сокращение первичной мощности пласта (в 6-7 раз).

Уголь часто называют солнечным камнем. Это название связано с удивительным процессом в растениях - фотосинтезом. В ходе фотосинтеза зеленые растения создают углеводы из углекислоты воздуха и воды, всасываемой из почвы корнями, при помощи солнечной энергии, поглощаемой хлорофиллом. Вот и получается, что солнечная энергия переходит в углеводы растений, накапливаясь в них в виде потенциальной химической энергии. Углефицированный растительный материал становится своеобразной "солнечной кладовой".

Бурый или каменный уголь образуется не сразу, а в несколько этапов. Известный знаток углей Ю. А. Жемчужников сравнивал образование твердых горючих горных пород из растений с многоактным спектаклем. Вот как развивается действие в этом спектакле.

Акт первый - превращение растительного вещества в торф. Место действия - болото, время - тысячелетия, обстановка - земная поверхность.

Во втором акте несколько картин. Вначале торф превращается в бурый уголь, затем - бурый уголь в каменный, и, наконец, последний - в антрацит. Место действия - пласт горной породы, погребенный под толщей других пород. Время - миллионы лет. Обстановка - недра Земли, все более глубокие, со все возрастающим давлением и повышающейся температурой.

Значение угля в народном хозяйстве очень велико. И сейчас, несмотря на огромную добычу нефти, горючего газа и быстрое внедрение атомной энергии, уголь играет большую роль в топливно-энергетическом балансе нашей страны. Его сжигают на тепловых электростанциях, используют в металлургической промышленности. Чугун нельзя плавить без кокса, получаемого при нагревании некоторых сортов угля без доступа воздуха. Из попутно образующейся каменноугольной смолы путем химической переработки получают краски, химикаты, синтетические ткани, искусственное топливо, лекарства и множество других веществ. Разрабатываются способы газификации угля под давлением кислородно-паровой смеси в неподвижном и кипящем слое, исследуется скоростная карбонизация с использованием источников высокой энергии - лазеров и пламенных форсунок.

Зола, остающаяся от сжигания угля, - ценный продукт. Ее широко используют для изготовления искусственных строительных материалов. В золе некоторых углей содержатся редкие химические элементы, из нее получают иттрий, скандий, галлий и т. д.

Встречаются и такие твердые горючие породы, в которых углистый материал сильно "разбавлен" минеральными примесями. Это - горючие сланцы, похожие на сланцеватый коричневый камень. В сухом виде они загораются от спички и горят коптящим пламенем. В нашей стране горючих сланцев больше всего добывают в Эстонии. В эстонских сланцах горючее вещество составляет около 40%, остальное приходится на минеральный материал.

Горючие сланцы представляют собой замечательное химическое сырье. Из них вырабатывают топочный мазут, электродный кокс, печатную олифу, дубитель для кожи, серу, лаки, моющие вещества, толуол, бензол и многое другое.

Нефть отличается от всех других полезных ископаемых (за исключением подземных вод) тем, что находится в жидком состоянии. Поэтому иногда называют ее соком земли. Это горючая маслянистая жидкость со своеобразным запахом и цветом, меняющимся в зависимости от состава от темно-бурого до светло-желтого.

Уже многие десятилетия ученые ведут ожесточенные споры о происхождении нефти. По этому вопросу давно сложились две основные точки зрения. Согласно первой, нефть возникла в результате преобразования органических остатков, тогда как сторонники второй считают, что нефть образовалась неорганическим путем.

В настоящее время большинство нефтяников - сторонники органического происхождения нефти. Они считают, что органические остатки вместе с глинистым материалом образовали желатиноподобный ил - сапропель, накапливавшийся на дне замкнутых и полузамкнутых бассейнов и прибрежных частей открытых морей. Затем изменялся режим бассейнов, прекращалось накопление сапропеля и начиналось отложение песков, илов и иных осадков. Так сапропелевый материал оказался погребенным. В захороненном состоянии в нем под влиянием давления и повышенной температуры продолжалось разложение. Органическое вещество превратилось в жидкие и газообразные углеводороды. В недрах Земли, не имея выхода на поверхность, углеводороды скапливались и со временем превращались в нефть.

Дальнейшая судьба этих продуктов связана с их передвижением в горных породах. Нефть, газы и вода по поровым участкам и трещинам проникали в вышележащие пески, песчаники, известняки и другие породы. Такие горные породы называют коллекторами (собирателями) нефти. Вместимость коллекторов бывает очень большой. Суммарный объем пустот достигает 18-25% объема породы, а это значит, что 1 м₃ коллектора может вместить 135-190 л нефти. Нефть и сопровождающий ее газ из-за разницы удельных весов заняли разное положение. Вода как самая тяжелая оказалась в нижней части коллектора, нефть - над ней, а в верхней части разместились самые легкие продукты разложения органического материала - газы.

Нефть в глубинах Земли не соприкасается с кислородом воздуха, энергичным окислителем, и в таком "законсервированном" состоянии сохраняется в течение многих геологических периодов. Если к залежам нефти поступит кислород, она окислится и превратится в асфальт.

Сторонники неорганического происхождения нефти полагают, что нефть и горючие газы образовались путем химических реакций в глубинах Земли. Основы этой теории были заложены Д. И. Менделеевым. В наше время считают, что нефть возникла из углеводородов, медленно выделявшихся из застывающей магмы на глубине, или даже из глубинных частей планеты, теряющих заключенные в них газы. В подтверждение этой гипотезы приводят, например, наблюдения на Кольском полуострове. В Хибинском апатитовом руднике, заложенном в магматических породах, обнаружили струи горючего газа, поднимавшиеся с глубины со свистом и шумом. Подсчитано, что в 1 кг горной породы заключено в трещинах и порах 230 см³ углеводородных газов. Если учесть, что Хибинский массив магматических пород протягивается на десятки километров и уходит вглубь по крайней мере на несколько километров, то можно себе представить, какое в нем заключено огромное количество нефтяных газов!

Сторонники абиогенного происхождения нефти, доказывая свою правоту, приводят примеры находок нефти в трещинах магматических пород на дне Индийского океана, а также в горячих источниках в кратере вулкана на Камчатке. Выделения нефти различного состава найдены в горячих источниках знаменитого Йеллоустонского парка в США, связанных с деятельностью затухающих вулканов. Мысль о проникновении извне нефти органического происхождения в вулканический канал приходится оставить, ведь давление в жерле вулкана в любом случае выше, чем в окружающих породах.

Извечный спор "органиков" и "неоргаников" о происхождении нефти не закончен и с каждым новым достижением науки становится острее.