<< Титульный лист | Оглавление | 2. Марс >>
1. Земля
В земных процессах эволюции газовой фазы глубинных флюидов выделяются три геохимические PT-области, имеющие важнейшее практическое значение [1]-[3]. Перечислим их в порядке понижения температуры. 1) Область сброса серного конденсата. Эта область имеет большое значение для образования многих рудных месторождений, а в той части, где область примыкает к барьеру водной нейтрализации, происходит формирование эндогенных месторождений собственно самородной серы. 2) Область зон водной отгонки, приводящая к появлению на пути эндогенных флюидов барьера нейтрализации и последующего зарождения волны повышенной кислотности. Эта зона имеет ключевое значение для образования континентальной коры земных материков, а также для формирования гидротермальных, золоторудных и кварцевых месторождений. 3) Область зон сероводородной и углекислотной отгонки, играющая ведущую роль в эндогенном формировании месторождений углеводородного сырья. Для нас последняя зона представляет особый интерес. Рассмотрим ее более подробно.
Для перехода от общего флюидного давления к вероятной глубине будем использовать имеющиеся данные о 5-кратном (в среднем) превышении флюидного давления по сравнению с его литостатическим эквивалентом. Также будем считать, что флюидный поток эволюционирует в недрах Земли, находясь в температурном равновесии с вмещающими породами, т. е. будем учитывать имеющиеся данные о среднем геотермическом градиенте, составляющем 3 градуса на каждые 100 м.
При входе в область зон водной отгонки по линии геотермического градиента флюид сбрасывает в конденсат основную массу содержащейся в нем воды. В точке входа в газообразном виде остается лишь та часть воды, которая обеспечивает 1.4 % общего давления флюидной смеси. Одновременно с образованием водного конденсата начинается его взаимодействие с потенциально кислыми газами. Образующиеся кислоты (соляная, серная) сначала нейтрализуют ранее существовавший щелочной режим, а затем начинают оказывать все более сильное кислотное воздействие на вмещающие породы. В результате протекающих реакций нейтрализации образуются соли кислот, вода, а газовая часть флюида обогащается за счет этих реакций вторичным водородом. При дальнейшем движении в глубь водной отгонки остаточный состав газовой фазы обедняется парами воды, т. е. становится все более сухим. На пути дальнейшей эволюции флюида по линии геотермического градиента находятся несколько важных геохимических барьеров. Наибольшее значение они имеют для газовой составляющей флюида.
Для нас представляет интерес геохимический барьер, связанный с критической температурой сероводорода - 100.4 oС. В область зон сероводородной отгонки движущийся по линии геотермического градиента флюид входит на вероятной глубине 3.2 км. В точке входа остаточное парциальное давление паров воды составляет всего 0.024 % от общего флюидного давления, паров диоксида серы - 0.63 %. Поэтому в составе газовой фазы флюида доминируют двуокись углерода, водород и сероводород. Однако на входе в область зон сероводородной отгонки его содержание в газовой фазе скачкообразно уменьшается до уровня остаточного парциального давления, составляющего 2.06 % от общего флюидного давления, тогда как весь избыток сбрасывается в конденсат с образованием на пути газового потока области зон сероводородной отгонки.
Эта область очень важна не только с теоретической, но и с практической точки зрения, так как при фильтрации двуокиси углерода сквозь сероводородный конденсат происходит образование углеводородного сырья с одновременным образованием воды и самородной серы. Образующиеся в зоне сероводородной отгонки сравнительно тяжелые простейшие углеводороды, начиная с бутана и бутилена, формируют углеводородный конденсат. Так как критические давления этих соединений относительно невелики, то их остаточные парциальные давления имеют очень низкий уровень. Повышенные температура и общее флюидное давление способствуют дальнейшим реакциям полимеризации углеводородов с образованием более тяжелых соединений. Более легкие углеводороды, такие, как метан, этан, этилен, пропан и пропилен, имея более низкие критические температуры, полностью остаются в газообразном состоянии.Фильтруясь через конденсат более тяжелых углеводородов, они частично поглощаются в ходе реакций полимеризации. Оставшаяся часть продолжает эволюцию в составе газовой фазы флюида.
Однако два последних из вышеперечисленных легких углеводородных соединения - пропан и пропилен - недалеко уходят по трассе эволюции флюида от места их первичного образования в зоне сероводородной отгонки. Пропан достигает своей критической температуры 96.67 oС почти сразу после зоны сероводородной отгонки - на вероятной глубине 3.06 км. Чуть дальше по трассе флюида, на вероятной глубине 2.9 км расположена зона отгонки пропилена, имеющего чуть более низкую критическую температуру.
Последняя чрезвычайно важная зона на пути эволюции остаточных газов эндогенных флюидов расположена на вероятной глубине около 860 м. Здесь достигается критическая температура 30.85 oС для двуокиси углерода. При входе в эту зону остаточные газы эндогенного флюида состоят в основном из двуокиси углерода, водорода и в меньшей степени из легких летучих углеводородов. Уровень давления остаточных паров воды в точке входа флюида в эту зону составляет лишь около 0.004 % от общего флюидного давления, давление остаточных паров двуокиси серы - 0.4 %, сероводорода - 1.9 %. На входе в зону давление паров двуокиси углерода скачкообразно уменьшается до предельно возможного критического уровня, соответствующего в данной точке 6.2 % от общего флюидного давления. Весь избыток двуокиси углерода сбрасывается в конденсат, сквозь который происходит фильтрация водорода, сопровождающаяся образованием воды и углеводородов. Образование углеводородов происходит и при фильтрации сквозь конденсат двуокиси углерода остаточного сероводорода. Но поскольку его содержание в остаточных газах не превышает 2 %, то общее количество образующейся при этом серы сравнительно невелико. Легкие углеводороды, фильтруясь сквозь углеводородный конденсат, частично поглощаются за счет реакций углеводородной полимеризации.
В вышеописанных зонах образования углеводородов конденсируется и поглощается значительная часть остаточных газов эндогенного флюида. В результате динамическая активность флюидной системы резко падает и появляется тенденция накопления углеводородного сырья в благоприятных геологических структурах - нефтяных ловушках. Таким образом, исходя из элементарных молекулярно-химических представлений, мы проследили эволюцию газовой фазы глубинных флюидов в условиях температурного равновесия с вмещающими породами и выяснили, что конечным результатом этой эволюции является образование углеводородного сырья, протекающее в зонах естественного углеводородного синтеза, которые можно назвать зонами сероводородной и углекислотной отгонки. В меньшей степени образование углеводородов происходит в промежутке между этими зонами. Сероводородная и углекислотная зоны образования углеводородов отличаются друг от друга температурой (100.4 и 30.85 oС), давлением и соответственно вероятной глубиной залегания (3.2 км и 860 м). В сероводородной зоне происходит образование более тяжелых углеводородов и довольно значительно их заражение самородной серой - побочным продуктом реакций углеводородного синтеза в этой зоне. Какая из этих зон имеет ведущее значение, полностью зависит от того, насколько велика концентрация сероводорода непосредственно перед входом в зону сероводородной отгонки. При содержании сероводорода менее 2 % образование углеводородов происходит исключительно в углекислотной зоне, так как образование сероводородной зоны в этом случае невозможно. При высоких концентрациях сероводорода, напротив, все более значительная часть углекислоты поглощается в сероводородной зоне, тогда как углекислотная зона вырождается и ее значение падает.
В области представлений о происхождении земной нефти до сих пор господствующее положение занимала гипотеза ее органического происхождения, несмотря на большое количество наблюдаемых фактов, резко противоречащих этой точке зрения. В свою очередь, эти факты являлись и являются основой для периодического возрождения вариантов альтернативной точки зрения, связанной с представлениями о глубинном генезисе углеводородного сырья. Однако сколь-либо внятное теоретическое обоснование естественного неорганического происхождения природной нефти до сих пор отсутствовало. Мы это обоснование получили. Тем не менее связь между жизнью и нефтью мы отрицать не только не будем, но и, напротив, постараемся максимально широко ее использовать. Для этого достаточно лишь изменить причинно-следственную полярность связи: не нефть является результатом переработки продуктов жизнедеятельности, а жизнь является результатом процессов самоорганизации в зонах углеводородного синтеза. Действительно, зоны естественного углеводородного синтеза исключительно благоприятны для образования сложных углеводородов и протекания процессов самоорганизации, а следовательно, и для возникновения первичной примитивной жизни на нашей планете.
По существующим представлениям возраст нашей планеты составляет около 5 млрд лет, однако самые древние породы Земли, доступные непосредственному изучению, имеют возраст около 3.8 млрд лет. Поэтому весь более древний этап носит название догеологической стадии. С позиций развития органической жизни на нашей планете последующую геологическую стадию принято разделять на два этапа: криптозой (этап скрытой жизни), соответствующий докембрию, и фанерозой (этап явной жизни), охватывающий палеозой, мезозой и кайнозой, вместе взятые. Переход от этапа скрытой жизни к этапу явной жизни произошел около 570 млн лет назад.
Таким образом, у Природы было не менее 2 млрд лет на эксперименты по созданию в зонах естественного углеводородного синтеза наиболее устойчивых органических соединений, способных к самоорганизации и дальнейшему развитию. Эта точка зрения находит подтверждение в обнаружении наиболее древних микроорганизмов на нашей планете в зонах, окружающих выходы высокотемпературных эндогенных флюидов на дне океана, так называемые "курильщики". Этими микроорганизмами являются термофильные (приспособленные к жизни в условиях высоких температур) бактерии. Источником питающей их энергии является тепло протекающих в окрестностях "курильщиков" химических реакций, а в конечном счете - тепло глубинных флюидов. Поэтому подобные микроорганизмы по источнику питания называются хемотрофными. Вынос этих микроорганизмов флюидными струями из зон естественного углеводородного синтеза на дне океана или с малых глубин под поверхностью материков привел к адаптации их к питанию за счет энергии солнечного света. Другими словами, произошел переход от хемотрофного типа питания к гелиотрофному. Дальнейшая эволюция жизни на Земле привела к существенному разветвлению и усложнению цепей питания, однако в основе их по-прежнему лежит энергия солнечного света. Колонии хемотрофных микроорганизмов имеют ограниченное распространение и сохраняются лишь в условиях термальных выходов, а возможно, и вновь продолжают формироваться здесь же, в условиях зон естественного углеводородного синтеза.
<< Титульный лист | Оглавление | 2. Марс >>
|
Публикации с ключевыми словами:
жизнь во Вселенной - возникновение жизни
Публикации со словами: жизнь во Вселенной - возникновение жизни | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
