100 великих научных открытий - [35]

В дальнейшем сформировались две научные концепции происхождения нефти. Представители одной из них — органики — полагают, будто нефть и газ возникли в осадочном чехле земной коры в результате преобразования останков животных и растений, населявших древние моря и озера. Адепты другой теории — неорганики — доказывают, что нефть и газы образовались в мантии Земли неорганическим путем.

Основы гипотезы органического происхождения нефти заложил М. Ломоносов, объясняя ее образование воздействием «подземного огня» на «окаменелые уголья», в результате чего возникли «асфальты», нефти и «каменные масла». В 1763 г. в труде «О слоях земных» Ломоносов писал: «Между тем выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и выступает в разные расселины и полости сухие и влажные, водами наполненные…» Поскольку считалось, что угли произошли из растительных остатков, то и нефти приписывалось растительное происхождение. Ломоносов обосновывал это, в частности, небольшой плотностью нефти — мол, «все минералы в воде потопают, а нефть по ней плавает».

Уже в ХХ в. геологи обратили внимание на то, что скопления нефти и природного газа распространены в земной коре неравномерно и приурочены к определенным комплексам осадочных пород. При этом нередко одни комплексы отделены от других толщами глины, соли и т. д., что почти исключает попадание нефти и газа из одних комплексов в другие. Это привело ученых к важному выводу: нефть является продуктом процесса осадконакопления, а поскольку осадочные породы содержат в себе органическое вещество, то и «черное золото» имеет органическое происхождение.

Более ста лет назад немецкий химик К. Энглер произвел перегонку рыбьего жира при давлении 1 МПа и температуре 420 °C. В итоге из 492 кг жира было получено 299 кг (61 %) масла, а также горючие газы и вода. После дробной разгонки масла, которое на 90 % состояло из углеводородов коричневого цвета, в его низших фракциях оказались метановые углеводороды. Из фракций с температурой кипения выше 300 °C был выделен парафин, а также смазочные масла, в состав которых входили незначительные количества олефинов, нафтенов и ароматических углеводородов. Этому продукту перегонки жиров, отличающемуся по составу от природной нефти, Энглер дал название «протопетролеум» (греч. «протос» — первый, англ. «петролеум» — нефть) и сделал вывод, что нефть образовалась из животных жиров. Впрочем, чуть позже он получил углеводороды и из растительных масел (репейного, оливкового и др.), а кроме того, высказал предположение о том, что в процессах образования нефти не последнюю роль играют природные алюмосиликаты (глины).

В начале XX в. Г. Потонье выдвинул гипотезу о происхождении нефти из сапропеля — илистого отложения перегнивших останков растений и животных. В 1919 г. академик Н. Зелинский произвел перегонку сапропеля озера Балхаш и выделил сырую смолу, кокс и газ. Газ состоял из метана, окиси углерода, водорода и сероводорода. После вторичной перегонки безводной смолы были получены керосин, тяжелые масла и бензин, куда входили метановые, нафтеновые и ароматические углеводороды.

В 1921 г. японский ученый Кобаяси получил искусственную нефть при перегонке жира рыб без давления, но в присутствии катализатора — гидросиликата алюминия. Подобные опыты были проведены и другими исследователями, и это натолкнуло их на мысль, что такими катализаторами в природных условиях могут быть глинистые толщи, содержащие первичное рассеянное органическое вещество.

Что касается идеи минерального происхождения нефти, то впервые ее высказал немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт в 1805 г., основываясь на присутствии углеводородов в продуктах деятельности вулканов. Д. Менделеев, который до 1867 г. придерживался теории органического происхождения нефти, в 1877 г. сформулировал гипотезу ее минерального происхождения, согласно которой нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов. В настоящее время сторонники неорганической концепции отмечают, в частности, что в мире известно около 30 промышленных или полупромышленных залежей нефти, связанных с изверженными и метаморфическими породами.

Впрочем, в вопросе о происхождении нефти есть приверженцы и комплексного подхода: они считают, что могли существовать оба механизма (органический и неорганический), некоторым образом дополняя друг друга или действуя на разных стадиях процесса.

В середине XIX в., с развитием автомобильной промышленности, был открыт химический метод переработки нефти — крекинг, состоящий в расщеплении углеводородов под действием высокой температуры, в результате чего образуются молекулы с меньшим количеством атомов углерода. Главной целью крекинга было получение большого количества бензина. Дело в том, что в процессе физической переработки (перегонки, предполагающей простое разделение продукта на фракции) при нагревании нефти первыми испаряются углеводороды с самым легким удельным весом — из их смеси и получается бензин. При дальнейшем нагревании испаряются более тяжелые углеводороды, образующие керосин, смазочные масла, солярку. В итоге доля бензина составляет лишь пятую часть от общего выхода, а это ничтожно мало.