Статья Гигантские катастрофы и накопление углеволородов
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-29Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Гигантские катастрофы и накопление углеволородов
Ю.Н. Голубчиков, кандидат географических наук
Мегаволны
Катастрофу 26 декабря 2004 г. в Юго-Восточной Азии вызвало формирование обычного разлома на дне Индийского океана длиной всего в 1000 км и шириной 30 м. При этом вертикальные смещения океанического дна только в одном месте достигли 20 м (см. «Энергию» № 8/2005 г.).
Но если даже такие перемещения океанического дна влекут за собой сокрушительные цунами, то какими же волнами должны были сопровождаться провалы океанического дна на глубину в нескольких сотен метров? Об их былом существовании свидетельствуют гигантские ступени морских террас, опоясывающих почти все морские берега. Известны террасы высотой в несколько сотен метров над уровнем моря. Обнаруживаются и затопленные террасы на глубине более ста метров. Это говорит о том, что опускания уровня (дна) океана или подъемы поверхности суши, происходили быстро, даже мгновенно. Значит, материковая отмель то оголялась, то океан внезапно надвигался на сушу.
А какие цунами могли вызывать расколы на океаническом дне протяженностью до нескольких тысяч километров, а то и десятков их? Вспомним о расколе-рифте по оси Срединно-Атлантического и других срединно-океанических хребтов. Н.Ф. Жиров в книге «Атлантида», опубликованной в 1957 г., указывает, что в случаях быстрых тектонических опусканий крупных площадей мы вправе ожидать появления «суперцунами», высоту волны которых при подходе к берегам трудно подсчитать. Это будут уже не волны, а гигантские суперволны. По предположениям владивостокского ученого С.А. Зимова, у берегов они будут достигать высоты до 2200 м. Пересекая океан и многократно отражаясь от берегов, такие волны вызовут колоссальные разрушения по всей равнинной суше Земли.
При подходе мегаволн к берегам повсеместно будут возникать течения со скоростями в десятки, а возможно, и в сотни метров в секунду. В современных условиях придонные скорости в волно-прибойной зоне могут достигать всего нескольких метров в секунду. Скорости порядка 5 м/с и выше развиваются лишь при ударе волны о берег. Но разрушительную способность потоков со скоростями в десятки и сотни метров в секунду и расходами воды в миллионы м^с мы не можем даже вообразить. Тем не менее это не означает, что таких потоков не было. Просто они не наблюдаются в настоящее время. Их возникновение могло происходить в результате вполне обычных тектонических катастроф, только большей интенсивности и территориального охвата.
Мегаволны могли возникать и при падении в океан крупных космических тел. Они появлялись и при всяком усилении приливо-образующих сил, связанном с приближением к Земле крупных космических объектов. Во всех таких случаях происходили мощнейшие тектонические подвижки, землетрясения, вспышки турбулентности в океане и озерах, перекосы поверхностей океанических уровней, сильнейшие насыщения атмосферы парами воды и углекислым газом.
Разрушающая деятельность мегаволн была большей частью направлена на перемещение на значительные расстояния рыхлых осадков как с моря в сторону суши, так и с суши в сторону моря. Как же они проявились в геологической летописи горных пород?
С.А. Зимов в книге «Резонансный прилив в Мировом океане и проблемы геодинамики» (М., Наука, 1989) доказывает, что в самом осадконакоплении действие гигантских мегаволн, по-видимому, ничего сверхъестественного не производит. Оставляют они после себя самые обычные ритмические слои горных пород. Геологи часто встречают такие повторяющиеся по разрезу осадки и трактуют их как отражающие многократные наступления (трансгрессии) и отступления (регрессии) моря, связанные с тектоническими движениями или колебаниями климата. И в том и другом случае эти процессы интерпретируют как сравнительно плавные и медленные, идущие многими тысячами лет, под действием повторяющихся тектонических опусканий и подъемов земной поверхности или потеплений и похолоданий. Но они могут оказаться следами катастрофических приливов и отливов, повторяющихся на протяжении всего нескольких дней или месяцев, а то и часов. Их модель мы можем наблюдать, когда бросаем камень в лужу.
С.А. Зимов пытается воспроизвести этот процесс. При возникновении мегаволн потоки катастрофических приливов и отливов быстро насыщаются наносами от размываемых пород. Мутная морская вода создает мощные отложения на суше. Часто они не имеют никаких остатков фауны и принимаются за следы «медленных» наступлений и отступлений моря или гипотетических ледников. В океане, стекающая с шельфа мутная морская вода, способна пропиливать гигантские подводные каньоны, вынося при этом смытые с шельфа наносы на значительные глубины.
Наблюдения в природе подтверждают сходство накопленных на суше мощных толщ валунных суглинков, так называемых морен, со сходными валунными отложениями у устьев подводных каньонов. На дне океана такие отложения называют тиллитами. При снижении скоростей потоков, как на суше, так и на море, в первую очередь выпадают крупные наносы. Сначала это валуны. Затем откладываются галька, гравий и песок. Наносы меньшей крупности — алеврит, глина, ил оседают в более спокойной обстановке в виде обширных покровов.
Катастрофическое накопление месторождений угля
Строение угленосных толщ обычно обнаруживает по вертикали характерный цикл. Снизу обычно залегают сцементированные в конгломерат валуны, над ними лежит галька, выше идет песчаник, над которым залегает аргиллит (песчаная сланцевая глина). Завершать эти отложения может и пласт угля. Он всегда приурочен к определенной части таких повторяющихся слоев: залегает на песчанике, алеврите или глинистом сланце, а сверху перекрыт чаще всего известняком или слоистым аргиллитом. Некоторые угольные и известняковые слои толщиной всего несколько сантиметров тянутся почти без изменений иногда на многие тысячи квадратных километров. При этом соседние пласты, и выше и ниже лежащие, лишены каких-либо ископаемых остатков угля. Затем цикл толщи повторяется. Опять над известняком появляются валуны, над которыми лежат галька, песчаник и аргиллит, над ними появляется пласт угля, который сверху перекрыт аргиллитом или известняком. В крупных осадочных бассейнах насчитываются десятки повторений таких циклических осадочных слоев.
Появление циклически повторяющихся осадочных толщ трактуется геологами как результат обычного изменения границ суши и моря. Предполагается, что наступление (трансгрессия) моря на сушу затапливало прибрежные торфяники и мангровые леса. Большие пространства лесов оказывались на морских глубинах, где перекрывались непроницаемыми для кислорода «крышками» из морских известняковых осадков. После этого опускание сменялось тектоническим поднятием и море отступало.
Оказавшиеся сжатыми между прочными аргиллитами и известняками под большим давлением и при высокой температуре, огромные массы древесины преобразовались в каменный уголь. В доказательство этой гипотезы приводятся знакомые всем «растительные» отпечатки на изломах угольных пород. Следствием этой теории является гипотезы о произрастании гигантских лесов, о смещении оси вращения Земли (для объяснения происхождения угля в арктических зонах) и другие.
Однако сегодня такие угли нигде не накапливаются, как и другие отложения угленосного цикла (песчаники, сланцы, конгломераты, известняки). Экспериментально тоже не получено хотя бы маленького кусочка угля. В современных болотах накапливается торф, нов уголь он не превращается. Торф разлагается, как и все растительные остатки, только медленнее, на протяжении столетий. Не найдено никаких образований переходных от торфов к бурым или каменным углям, тогда как в углях наблюдаются постепенные переходы от одного типа к другому. К тому же современное накопление торфов сопровождается исчезновением древесной растительности. А, например, третичные угли состоят из остатков трав, кустарников и деревьев, в том числе кипарисов, секвой и других хвойных и покрытосеменных, включая пальмы.
Образование колоссальных месторождений каменных углей нередко связывается с гибелью тропических травовидных лесов. Но в современных тропических лесах вся погибшая растительная масса тут же разлагается или служит пищей другим существам. Никакого естественного ее обугливания не происходит. Органические остатки на земной суше могут сохраниться для последующих веков, только в том случае, если они внезапно и очень быстро скрываются каким-либо способом от поедания другими организмами и от влияния стихий. Что же послужило источником накопления угленосных толщ в былом? Ведь сегодня от сравнительно небольшого количества плавника, поступающего в моря с суши никаких угольных залежей ждать не приходится. Море быстро избавляется от плавника, выбрасывая его на берег.
Иное дело в прибрежно-морских или озерных условиях. Здесь остатки животных и растений быстро покрываются песком или илом, приносимым волнами. Поэтому в осадочных пластах на дне прежних морей и дельт находят множество ископаемых организмов. Но даже если торфяники или тропические леса покрывались водами какого-нибудь бассейна, в частности морского, то почему угольные пласты почти всегда перекрыты наиболее глубоководными осадками, типа известняка? При трансгрессии моря на болота торфяники должны перекрываться вначале грубозернистыми осадками зоны прибоя (галькой), потом мелководными песками и лишь затем глубоководными известняками.
Остается не понятным, какая сила могла собрать остатки наземных растений с земной суши и собрать их на морском дне? Как могла она преобразовать их в залежи угля, как будто бы обожженных каким-то огнем, но не сгоревших в нем? И почему все основные запасы каменного угля сосредоточены в северном полушарии?
С.А. Зимов считает, что раз все угленосные осадки довольно сходны, то они должны иметь одинаковую волновую природу. Осадки формируются при этом мегаволнами, возникающими при падении метеорита. Но это не совсем верно. Гигантские мегаволны могут возникать и при тектонических опусканиях значительных участков океанического дна (см. статью Н.А Жарвина в «Энергии» 10/2005 г.).
Взметнув и перемешав огромные массы песка, глины и других пород с залежами минеральных солей, эти суперцунами вызывают гигантские химические и гидравлические процессы. Вместе с рыхлыми осадками, смывается и богатая прибрежная растительность. Лишь часть ее останется на суше в вершине заплеска волн. Рыхлые прибрежные осадки при этом смоются в глубокие части моря, где осядут на дно поверх размытых морских, обычно карбонатных осадков. С ними быстро опустятся на дно морей и распределятся в толще осадков топляки, обломки, обрывки корней и другие тяжелые части растений. Основная же часть растительной массы длительное время будет оставаться на плаву. Так, стволы деревьев могут быть на плаву десятилетиями.
Гигантские цунами загонят плавающие растения в бухты и морские заливы. Сначала в них набухнут и утонут листья, ветви, а затем и стволы деревьев, покрыв дно этих заливов многометровым слоем. Слой затонувшей растительности, собранной из различных районов, увенчает толщу смытых мегаволнами рыхлых осадков.
Затем осадконакопление пойдет своим обычным ходом: кораллы начнут надстраивать разрушенные рифы; реки заполнят наносами заливы и сформируют на их месте дельты. В бухтах и заливах, поверх затонувших растительных остатков будут накапливаться обычные морские отложения. Растительные остатки без доступа кислорода будут подвергаться углефикации. Так будет продолжаться до появления новой мегаволны, после чего весь цикл повторится.
В пользу быстрого формирования угленосных слоев свидетельствуют вертикальные стволы деревьев, пронизывающие разновозрастные пласты каменного угля, накопление которых должно было происходить миллионы лет.
Образование месторждений нефти и газа
Существуют гипотезы органического и неорганического происхождения нефти и газа. Большинство ученых придерживается органической теории, в которой исходным веществом для их образования считаются погибшие миллионы лет тому назад водные организмы, прежде всего планктонные. Отмирая, они накапливаются на дне океанов, морей и озер в виде богатых органикой донных илов — сапропелей, отличающихся высоким содержанием водорода. Со временем сапропели погребаются слоями отложений. Оказавшись таким образом на глубине сотен метров под воздействием слабого тепла и давления при отсутствии воздуха органическое вещество сапропелей стало нефтью и газом. Процесс преобразования органического вещества в нефть был длительным и многостадийным, продолжался десятки и сотни миллионов лет.
Сторонники теории неорганического происхождение нефти считают: верить в то, что нефть происходит из «раздавленной рыбы и окаменевшей капусты», — нонсенс. Опираясь на гипотезу о том, что ядро Земли не железное, а гидридное с обильным выделением из него водорода, они полагают, что в недрах планеты идет глубинный синтез нефти при сверхвысоких давлениях и температурах. Доказывалось даже, что мантийные (ювенильные) углеводороды могли стать исходным материалом для образования и жизни, то есть сама жизнь произошла из нефти. Такую гипотезу еще в 1950-е гг. обосновывал академик, геолог П.Н. Кропоткин. Проблемы у «неоргаников» в том, что нефть, уже будучи поднятой из мантии вверх, должна была неизбежно распадаться в более холодных слоях с меньшим давлением.
Выбор между этими версиями осложняется тем, что нефть и газ очень подвижные вещества, способные к перемещению на большие расстояния. Нефть, как известно, легко мигрирует через проницаемые для нее пласты в коллекторы (ловушки), ограниченные слабо проницаемыми породами. Скапливается она, главным образом, над пологими понижениями из плотных нефтенепроницаемых пород, в так называемых синеклизах. С нефтью соседствует и попутный газ. Он, наоборот, накапливается под куполами (антеклизами) перекрытыми непроницаемыми для него глинами или мергелями. Все месторождения нефти и газа неизменно связаны с такими подземными ловушками в пористых осадочных породах палеозойского, мезозойского и кайнозойского возрастов.
Главными геологическими фактами, легшими в основу построений «неоргаников», было открытие некоторых залежей нефти в базальтах и гранитах. Согласно органической концепции, все такие залежи — результат миграции нефти из смежных осадочных пород. Непонятно, как нефть и газ самопроизвольно собрались в локальных объемах месторождений, где залегают под очень высоким давлением. Совершенно нереально предполагать, что они могли оставаться под таким давлением в течение многих миллионов лет. Ведь согласно второму началу термодинамики рассеянное состояние вещества более вероятно, чем сконцентрированное. За миллионы лет, прошедшие после накопления нефтегазовых месторождений, газ должен был бы каким-нибудь образом найти для себя выходы и улетучиться. Месторождения нефти должны были бы тем же образом просочиться, рассеяться или размыться деятельностью поверхностных или подземных рек.
Нефть отличается исключительно высокой теплотворной способностью достигающей 45-46 МДж/кг, (бурый уголь — 9.7 МДж/кг). Согласно закону физика Освальда, тоже выводимого из второго начала термодинамики, соединения с высокими положительными значениями свободной энергии являются неустойчивыми и имеют тенденцию самопроизвольно переходить в соединения с пониженными значениями энергии.
Все органические остатки легко разлагаются при доступе к ним кислорода. Поэтому для преобразования органических останков в нефть необходимо их быстрое погребение осадочными породами с созданием анаэробных условий. Но все-таки за длительные периоды времени нефть неизбежно должна была найти какой-то контакт с кислородом и начать разлагаться. Наконец, к нефтяным месторождениям могли бы найти доступ микробы, питающиеся нефтью. Но никаких соединений в массовых количествах вблизи нефтяных месторождений, которые могли бы свидетельствовать о распаде нефти, не обнаруживается. Нет в нефтегазоносных районах и промежуточных соединений между нефтью и исходным веществом ее образования, которые по логике вещей даже должны были бы преобладать над нефтью.
И «органики» и «неорганики» признают, что запасы «черного золота» на планете ограничены. Но если право большинство, придерживающееся теории органического происхождения нефти, то вся современная энергетика находится в зависимости от количества планктона, накопившегося в осадочном чехле земной коры. Если же нефть является продуктом не связанных с жизнью химических реакций, то запасы ее могут быть более значительными, на больших глубинах практически безграничными. От того как решится этот спор, станет ясно, следует ли беречь собственную нефть, импортировать чужую, создавать собственные стратегические резервы, как это делают сегодня США, или можно ее распродавать на Запад и на Восток, как поступает Россия.
Еще одну гипотезу нисходящей миграции нефти с земной поверхности вниз и внезапного образования ее залежей предложил американский ученый Иммануэл Великовский. Согласно его гипотезе, источником накопления углеводорододов на Земле являются хвосты комет. Состоят они преимущественно из газообразного углерода и водорода. В космическом полете эта смесь не воспламеняется по причине отсутствия кислорода, но, попадая в атмосферу, содержащую кислород, возгорается. Если газы углерода и водорода окажутся в земной атмосфере в больших количествах, то часть их избежит сгорания, превратившись в жидкое текучее вещество.
В книге «Миры в столкновении», переизданной в России в 2002 г., И. Великовский приводит свидетельства различных народов о выпадении на поверхность Земли жидкого текучего вещества и огня. В священной книге майя запечатлена гибель обитателей древней Мексики от хлеставших с неба потоков битума. В древнеегипетских папирусах описываются пролившиеся вместе с камнями потоки горячей нефти. Египет тогда был почти полностью истреблен огнем. От воды, которая все гасит, тот огонь разгорался еще сильнее. Предания об огненном дожде И. Великовский обнаруживает среди народов Малайского архипелага, у западносибирских вогулов (ныне манси), в Вавилоне (Ираке). Сегодня все эти регионы обладают огромными запасами нефти.
Г. Хэнкок в книге «Следы богов» приводит свидетельства индейцев мам-майя из западных нагорий Гватемалы о «потоке горящей смолы», который, как они говорят, был одним из инструментов уничтожения мира. В Гран-Чако (Аргентина) индейцы матако рассказывают о «черной туче, которая пришла с юга во время наводнения и закрыла все небо. Сверкали молнии, гремел гром. Но капли, что падали с неба, походили не на дождь, а на огонь...»
В течение долгого времени, нефть обожествлялась людьми, ее зажигали в святилищах и храмах, использовали в домашнем обиходе, она широко практиковалась в культах огнепоклонников. В последующие века о ее происхождении забыли.
В различных частях земного шара обнаруживаются котловины с залитыми битумом остатками животных. Широко известны озера вязкого природного битума Ла-Бреа близ Лос-Анджелеса, сохранившиеся до сих пор. В них нашли остатки мамонтов, мастодонтов, не менее 700 саблезубых тигров, бизонов, лошадей, верблюдов, гигантских ленивцев, уток, гусей. Палеонтологами подобные места трактуются, как природные ловушки для животных, которые потеряв инстинкт самосохранения, устремлялась в «битумные болота» и тонули, будучи не в силах выбраться из вязкой грязи. Но останки, найденные в Ла-Бреа, изломаны, смяты, деформированы, смешанны в однородную массу. Они скорее говорят о внезапной и ужасной массовой гибели животных, скопившихся в поисках спасения в одном месте. Таких мест могло быть много, но убежище в Ла-Бреа было внезапно залито битумом и, тем самым, сохранило останки животных до наших дней. Г. Хэнкок пишет об аналогичных находках плейстоценовых птиц и млекопитающих в месторождениях асфальта в Калифорнии (Карпинтерия и Мак-Киттрик).
Косвенно, подтверждает гипотезу И. Великовского то, что нефть сегодня нередко обнаруживается в кимберлитовых трубках. Нефть в плотных кимберлитах содержится в трещинах. Объемы ее там незначительны, но главное, что в кимберлитах и в их окрестностях нет никаких других источников возможного появления нефти или каких-либо нефтесодержащих пород. Некоторыми исследователями кимберлитовые трубки рассматриваются, как кольцевые астроблемы, возникшие под воздействием ударов космических тел.
О космическом происхождении нефти может свидетельствовать и повышенные концентрации в ней ванадия. При земном ее происхождении в нефти должны были бы доминировать элементы, наиболее распространенные в земной коре, типа железа или алюминия. Ванадий же относится к редко распространенным на Земле элементам. Не привнесен ли он из космоса? Неясно и откуда в нефти столько серы — элемента, которым живые организмы небогаты.
После того как горючая нефтеносная жидкость пролилась, она вначале еще могла держаться на поверхности морей. Наверное, пропитывала собой верхние слои почвы и частично поглощалась пожарами. Затем нефть профильтровалась на глубину сквозь пористые пески и трещиноватые известняки или гипсы и другие проницаемые для нее породы. Нефть скопилась в синеклизных понижениях, отчасти дифференцировалась на фракции, из нее истек газ, скопившийся под газонепроницаемыми куполами. Теперь выявить эти залежи можно только глубоким бурением.
За истекшие с тех пор века следы нефтепроявлений у земной поверхности были промыты дождями, паводками и текучими водами. Но остатки былых нефтяных залежей до сих пор обнаруживаются в илах озер и служат индикаторами при поисках месторождений углеводородов.
Интересно, что и сегодня можно наблюдать формирование подземных залежей горюче-смазочных материалов путем проникновения их с земной поверхности на некоторую глубину. Происходит это в районах дислокации советских военных аэродромов. Керосин для авиации не регламентировался, завозили его даже больше, чем было необходимо. Приходил железнодорожный состав с цистернами, заполненными авиационным керосином, а все емкости для него были уже заполнены. Тогда содержимое цистерн попросту сливалось в специально вырытый для этого пруд, в котором формировался «керосиновый» водоем. Таким путем под военными аэродромами в Энгельсе, Ейске, Твери, Майкопе сформировались линзы авиационного керосина объемом в 100-200 тысяч м3. Сегодня предприниматели уже разрабатывают некоторые из них.
Мне самому в 2003 г. доводилось участвовать в поисках линз высококачественного авиационного керосина с целью его откачки. Это было в подмосковном Клину, где расположен военный аэродром дальней авиации. Здесь тоже был «керосиновый пруд». Интересно, что за годы реформ, когда керосин стали ценить и уже не сливали, «керосиновый» водоем самоочистился. На его месте образовался пруд с удивительно небольшим содержанием керосина и нефтепродуктов в воде. Нефтепродукты в значительной степени адсорбировались илом, прибились ветром к берегам, ушли с талыми водами. В воде появились караси. Зато ил на дне пруда по-прежнему, сверх всякой меры был загрязнен керосином. Не прослеживалось каких-либо существенных загрязнений керосином и в воде реки Сестры.
Крупные керосиновые загрязнения были нами обнаружены при бурении на глубине 7-12 м. Откуда они взялись? Керосин постепенно просачивался в грунт, скапливаясь в понижениях водоупорного рельефа. В другие такие понижения поступал керосин в результате протечек из трубопровода, проложенного на глубине 2.5-3 м от керосинового склада к аэродрому. Это привело к образованию линз с огромными залежами высококачественного топлива.
Может быть нефтегазовые месторождения действительно не такие уж древние и образовались довольно быстро? По аналогии с процессом угленакопления, образование залежей нефти и газа можно допустить в результате катастрофически быстрого погребения органических остатков гигантскими мегаволнами цунами. Эти отложения изначально должны содержать большую концентрацию погибших растений, животных. При их быстром захоронении они незамедлительно окажутся изолированными от доступа кислорода мощной толщей осадков.
Немаловажным в этой гипотезе является и способность водных потоков дифференцировать переносимый им материал на различные фракции. Если водные потоки при гигантских скоростях все перемешивают между собой, то при спаде скоростей происходит дифференциация материала на песок и глину. Переработанное углеводородное вещество в этой модели также неизбежно выпадает отдельной фракцией и к тому же быстро погребается другими рыхлыми осадками. Воздушные волны, следующие перед цунами, могли проявлять себя и грандиозными выпадениями с неба продуктов преобразования организмов в виде жидкого текучего вещества и огня. Нее таких ли условиях очень быстро создавались месторождения нефти и газа?
В лабораторных условиях нефтеподобное вещество удавалось заполучить не за миллионы лет, а в течение нескольких недель и даже дней. Еще в 1888 г. немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер получили нефтеподобные продукты из рыбьего жира. В 1919 г., академик Н.Д. Зелинский провел похожий опыт, но исходным материалом послужил органический ил растительного происхождения — сапропель из озера Балхаш. При его переработке он извлек бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан. Значит, в принципе существуют возможности быстрого синтеза нефти и в природе.
Геология — наука молодая, и ей предстоит разгадать еще немало загадок, хранящихся в толщах земли.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.courier.com.ru
