Гібридна гіпотеза утворення природного газу та нафти в надрах Землі

Поєднання біогенного та абіогенного механізмів дозволяє пояснити широкий спектр нафтових і газових покладів на Землі. Синтез-газ, що утворюється в глибинних процесах, може служити проміжною ланкою між мантійними реакціями та утворенням органічних вуглеводнів.

Дискусії про походження нафти ведуться понад 150 років. У XIX столітті відомий вчений професор КиївськоїПолітехніки Дмитро Менделєєв висунув гіпотезу про абіогенне походження нафти, припускаючи, що вона утворюється внаслідок хімічних реакцій у глибоких шарах Землі. Водночас більшість геологів підтримували біогенну теорію, згідно з якою нафтові поклади формуються з залишків органічної матерії під впливом температури, тиску та анаеробних процесів.

Сучасні дослідження показують, що обидві гіпотези можуть бути частково правильними, що підтверджується геохімічними та експериментальними даними.

Геологічним підтвердженням є:

• Глибокі нафтові та газові родовища: Виявлення покладів вуглеводнів у магматичних і метаморфічних породах, де біогенне походження малоймовірне (наприклад, родовища нафти в докембрійських породах Канади, Швеції та України).

• Ізотопні аномалії: Деякі поклади мають ізотопні співвідношення вуглецю (¹³C/¹²C), які більше відповідають неорганічному походженню, ніж залишкам древньої біомаси.

• Мантійний метан: У гідротермальних системах океанічного дна виявлено великий викид метану, що формується без участі органічної речовини.

Ключові механізми утворення вуглеводнів у надрах Землі

1. Біогенний шлях (осадові басейни, органічне походження)

Відкладення планктону, водоростей, бактерій та органічної речовини у донних шарах океанів і морів.

Умови: високий тиск, температура, анаеробне середовище.

Каталітичні процеси за участю глинистих мінералів і мікроорганізмів ведуть до утворення нафти та природного газу.

Довготривалий термокаталітичний розпад органічної речовини формує вуглеводні молекули (CH₄, C₂H₆, C₃H₈, нафтові сполуки).

Солі магнію є одним із основних компонентів морської води. Там, де мільйони років тому існували морські западини, що згодом висохли, утворювалася підвищена концентрація цих солей. Подальше нашарування на цьому місці шарів з джерелами вуглецю (рослинні залишки, деревина, що перейшла у вугілля тощо) з великою ймовірністю може стати джерелом газу та нафти.

2. Абіогенний шлях (глибинні процеси, магматичні породи)

У надрах Землі (мантія, магматичні області) існує висока температура і тиск, що сприяє утворенню синтез-газу (CO + H₂).

Дослідження підтверджують, що оксид магнію (MgO) і хлорид магнію (MgCl₂) можуть каталізувати реакції між воднем і вуглецем: 

MgO+2HCl+C→MgCl2+CO+H2

Синтез-газ (CO + H₂) є ключовою сировиною для утворення метану, бензину, газового конденсату за реакціями Сабатьєта Фішера-Тропша: 

CO+3H2→CH4+H2O

nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+H2O

Це пояснює наявність газу та нафти у глибоких магматичних породах, де органічні залишки відсутні.

3. Механізм взаємодії біогенного та абіогенного процесів

Синтез-газ, що утворюється у глибоких процесах, мігрує через розломи у зони осадових басейнів, взаємодіючи з органічними залишками.

Природний газ формується як унаслідок розкладу органіки, так і внаслідок хімічних реакцій між мантійними газами та осадовими породами. Взаємодія мантійного водню (H₂) і оксиду вуглецю (CO) з органічним матеріалом осадових відкладень сприяє утворенню метану (CH₄) та довголанцюгових вуглеводнів. 

Вплив мантійних флюїдів у вигляді газів та рідин, що містять водень (H₂), метан (CH₄), вуглекислий газ (CO₂), оксид вуглецю (CO), важкі вуглеводні (C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ та довші ланцюги), на нафтові поклади пояснює утворення важких вуглеводнів та їхні ізотопні аномалії.

Докази та природні аналоги

Аналіз ізотопного складу глибоких газів (з високим вмістом ³He) вказує на мантійне походження частини покладів. Відомими прикладами глибоких газових родовищ, що знаходяться у магматичних породах є Український щит і Океанічні хребти.

Вулканічні та гідротермальні джерела, багаті на метан та вуглеводні, які неможливо пояснити біогенним шляхом. При цьому, високотемпературні експерименти показали, що метан може утворюватися з вуглецю та водню за тисків, характерних для глибокої кори.

Лабораторні дослідження Фішера-Тропша підтвердили можливість утворення довголанцюгових вуглеводнів, в т.ч. за участю MgO, MgCl₂ та CO + H₂ , за умов, подібних до земної мантії.

Як бачимо, ця гібридна модель відкриває нові перспективи для пошуку нафти та газу не лише в традиційних осадових басейнах, а й у магматичних регіонах і глибоких розломах Землі.