ОБ УЧАСТИИ БИОСФЕРНОГО ЦИКЛА КРУГОВОРОТА УГЛЕРОДА В НЕФТЕГАЗООБРАЗОВАНИИ Баренбаум А.А. ИПНГ РАН

ОБ УЧАСТИИ БИОСФЕРНОГО ЦИКЛА КРУГОВОРОТА УГЛЕРОДА
В НЕФТЕГАЗООБРАЗОВАНИИ
Баренбаум А.А.
ИПНГ РАН
ABOUT THE PARTICIPATION OF BIOSPHERIC CYCLE OF CARBON
CIRCULATION IN OIL-GAS FORMATION
Barenbaum A.A.
IPNG RAN
Participation of the biospheric cycle of carbon circulation in processes of oil-and-gas
formation is installed. The role of living matter as the geochemical mechanism controlling
bioinorganic interactions on our planet is discussed.
До недавнего времени участию геохимического круговорота углерода в процессах
нефтегазообразования не придавали должного значения. В геологии противоборствовали
две гипотезы происхождения нефти и газа, игравшие роль самодостаточных парадигм. На
основании «органической гипотезы» считалось, что эти углеводороды имеют биогенную
природу и образуются из останков живых организмов, захораниваемых в земной коре в
процессах осадконакопления. «Минеральная гипотеза», напротив, утверждала, что нефть
и газ имеют неорганическое происхождение и поступают из глубоких недр планеты.
К концу прошлого века стало ясно, что каждая из гипотез, а также они вместе не в
состоянии объяснить имеющиеся факты. Это привело к пересмотру основ нефтегазовой
геологии и сегодня вылилось в происходящую в данной науке научную революцию [1].
Начало тому положила возникшая в нашей стране в 1990-ых годах принципиально
новая нефтегазовая парадигма [2]. В отличие от общепринятых гипотез она предложила
рассматривать нефть и газ как возобновляемые полезные ископаемые нашей планеты. В
последующие годы была создана «биосферная» концепция нефтегазообразования,
которая подвела под новую парадигму необходимую теоретическую базу [3-6].
Вследствие чего удалось формализовать взгляды В.И. Вернадского [7] на природу
биосферы и вскрыть механизм ее участия в геохимическом круговороте углерода,
кислорода и воды на Земле.
Напомним, что под биосферой В.И. Вернадский, прежде всего, понимал «живое
вещество», входящее биогеохимической функцией во взаимоотношения с другими
геосферными оболочками Земли – литосферой, гидросферой и атмосферой. И, что «в виде
живого вещества мы изучаем не биологический процесс, а процесс геохимический». Он
полагал, что «часть вещества биосферы, может быть большая, неземного происхождения,
попадает на нашу планету из космических пространств». При этом «Солнце по своему
значению на нашей планете отнюдь не играет той исключительной роли, которую рисует
планетный астроном. Влияние Млечного пути для нас, по-видимому, доминирует».
Развивая эту мысль, В.И. Вернадский писал: «Земная кора …. в своей основе сильно
переработана постоянно проникающими в нее космическими излучениями. Она
представляет совершенно закономерное явление в истории планеты, своеобразный
планетный механизм».
Эти взгляды В.И. Вернадского на связь биосферы с Млечным путем, т.е. Галактикой,
однако, при его жизни не нашли понимания у современников, поскольку о влиянии на
Землю космических процессов в Галактике в те г оды знали крайне мало.
Ситуация сегодня радикально изменилась. В результате открытия явления струйного
истечения вещества из ядра галактик [4, 6] нами была установлена теснейшая причинноследственная связь процессов на Земле с явлениями галактического масштаба. При этом
оказалось возможным исследовать «планетный механизм» Вернадского и объяснить его
принцип действия [3]. Данный механизм заключается в том, что при движении Солнца в
Галактике Земля циклически подвергается интенсивным бомбардировкам галактическими
кометами. С кометами на планету поступают большие массы воды и углерода, которые
утилизируются биосферой и включаются в геохимический круговорот вещества на Земле.
В структуре такого круговорота можно выделить три главных цикла углерода. Первый
длительностью 108–109 лет вызван глубоким погружением углеродсодержащих пород в
мантию при субдукции литосферных плит. Второй 106–107 лет связан с преобразованием
отмершего органического вещества при накоплении осадков. И третий, наиболее быстрый
цикл 102 лет обусловлен круговоротом углерода в биосфере. Причем биосферный цикл
не ограничивается циркуляцией углерода над поверхностью планеты, как считали раньше,
а охватывает биосферу целиком, включая ее подземную часть [3-5].
Теоретический анализ показывает [3], что в условиях циклического поступления на
Землю больших масс космического вещества устойчивое функционирование системы
требует обязательного вывода из активного обмена излишков углерода (и воды) и их
фиксацию на какое-то время в неких «резервуарах». Этими резервуарами – накопителями
углерода, над поверхностью планеты служат Мировой океан, живое вещество, атмосфера
и почвы-илы, а под поверхностью – породы земной коры и астеносферы.
При динамическом равновесии системы для всех ее резервуаров выполняется условие:
ni
= С = const
i
(1)
где ni и i  соответственно масса и среднее время пребывания углерода в i-ом резервуаре,
С  константа, характеризующая скорость геохимического круговорота в системе.
При выполнении равенства (1) система находится в динамическом равновесии, и уход
углерода из какого-либо одного ее резервуара восполняется его поступлением из других.
В противном случае в геохимической системе возникают не скомпенсированные перетоки
вещества, которые стремятся вернуть ее в устойчивое состояние.
Установлено [3, 5], что сегодня биосферный цикл углерода пребывает в состоянии
равновесия. Константа (1) этого цикла для диоксида углерода (СО2), в пределах точности
эмпирических данных, совпадает со скоростями круговорота кислорода атмосферы и вод
подземной гидросферы, характеризуясь величиной С = (2.70.1)1017 г/год.
Это означает, что в биосфере имеют место не самостоятельные круговороты воды,
кислорода и углерода, а происходит их совместный круговорот в единой геохимической
системе. Объединяющим началом этой системы, как полагал В.И. Вернадский, выступает
живое вещество. Входя составным элементом в циклы воды, углекислоты и кислорода,
2
оно приводит их скорости циркуляции в равновесие с общим круговоротом вод
гидросферы, определяемым активностью тектоносферы [4, 6].
Другая важная особенность такого круговорота, имеющая к тому же
непосредственное отношение к образованию нефти и газа, состоит в том, что поверхность
Земли при круговороте углерода играет роль геохимического барьера. Над ней углерод
циркулирует главным образом в виде СО2, а под ней находится в восстановленном виде и
представлен в основном метаном и нефтью. В земной коре, из-за низкой растворимости в
воде, эти УВ обособляются и формируют собственные скопления. Тем самым нефть и газ
являются неотъемлемыми продуктами циркуляции углерода через поверхность Земли [4,
5].
В данном процессе в той или иной мере задействованы все три цикла углерода. При
этом основной вклад в процессы нефтегазообразования в наши дни вносит самый
быстрый биосферный цикл, тесно связанный с переносом СО2 атмосферы под земную
поверхность метеогенными водами [5]. Вследствие участия в биосферном цикле углерода
метеогенных вод, характерное время этого цикла в пределах континентов составляет ~40
лет [1, 6].
Входящие в состав нефти и газа УВ образуются преимущественно двумя путями: 1) в
результате синтеза УВ из окислов углерода и водорода на породных катализаторах, и 2) за
счет экстракции водами подземной гидросферы УВ, возникших при катагенезе и
диагенезе органического вещества осадочных пород. Первый процесс определяет наличие
в нефти нормальных алканов, алканолов и других сравнительно просто
структурированных УВ [8]. Второй отвечает за присутствие в нефти существенно более
сложных углеродсодержащих соединений, в том числе биомаркеров, родственных
органическому веществу, из которого они произошли, а также УВ, испытавших
биодеградацию [9].
Доля УВ второго типа в нефтях обычно не велика [10]. Эксперименты показывают,
что главную роль в нефтегазообразовании сегодня играет низкотемпературный синтеза
УВ, протекающий в биосфере Земли в приповерхностных условиях.
Таким образом, эти результаты лишний раз подтверждают правоту В.И. Вернадского,
что биокосным взаимодействиям принадлежит ведущая роль не только в локальных, но и
в глобальных геохимических процессах на поверхности нашей планеты.
Литература
1. Баренбаум А.А. Научная революция в нефтегазообразовании // Уральский геологический журнал. 2009.
№2(68) С.16-29.
2. Соколов Б.А., Гусева А.Н. О возможности быстрой современной генерации нефти и газа // Вестник МГУ,
серия Геол. 1993. №3. С.48-56.
3. Баренбаум А.А. О поступлении космического углерода и его круговороте на Земле // Экосистемные
перестройки и эволюция биосферы. М.: ПИН РАН. 1998. Вып.3. С.15-29.
4. Баренбаум А.А. Галактика, Солнечная система, Земля. Соподчиненные процессы и эволюция. М.: ГЕОС,
2002. 393 с.
5. Баренбаум А.А. Механизм формирования скоплений нефти и газа // Докл. АН, 2004. Т.399, №6. С.802805
6. Баренбаум А.А. Галактоцентрическая парадигма в геологии и астрономии. М.: ЛИБРОКОМ, 2010. 544 с.
7. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли. М.: Наука. 2001. 376 с.
3
8. Баренбаум А.А. Изучение условий образования нефти с использованием теоретической модели
Андерсона-Шульца-Флори // Электронный научно-информационный журнал Вестник ОНЗ РАН. №1(25).
2007. ISSN 1819-6586. (http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h dgggms/1-2007/informbul-1 2007/hydroterm24.pdf).
9. Петров Ал.А., Абрютина Н.Н., Арефьев О.А. и др. Биомаркеры и геохимическая типизация нефтей //
Проблемы происхождения нефти и газа. М.: Наука. 1994. С.54-87.
10. Баренбаум А.А., Абля Э.А. Молекулярно-массовое распределение нормальных алканов нефти как
свидетельство их поликонденсационного синтеза // Органическая минералогия: Материалы III Российского
совещания. Сыктывкар: Геопринт, 2009. С.74-77.
4