Исследователи смоделировали поведение воды и углекислоты при большом давлении и высокой температуре, подобных тем, что существуют на границе земной мантии и ядра, и обнаружили, что в присутствии железа в этой смеси начинают образовываться углеводороды.
Основная гипотеза происхождения нефти гласит, что углеводороды образовывались на протяжении миллионов лет из остатков древних живых организмов. Однако есть данные, свидетельствующие о существовании других механизмов ее появления. «До нас были работы, показывавшие, что глубоко в недрах Земли может проходить абиогенный синтез. Среди ученых идут горячие споры, могут ли нефть и газ иметь абиогенное происхождение. Но спорщики обычно занимают крайние позиции. Моя точка зрения: пусть 90% нефти имеет биологическое происхождение, а оставшаяся часть — не биологическое», — пояснил один из авторов работы, ведущий научный сотрудник Института геологии и минералогии СО РАН в Новосибирске и Новосибирского государственного университета Константин Литасов.
Литасов и его коллеги из Королевского технологического института (Стокгольм) смоделировали химические процессы, которые могут идти на границе ядра и мантии Земли. Речь идет о глубине 2900 километров, давлении в 135 ГПа и температурах около 2700—3700 градусов по Цельсию. «Провести эксперимент, в котором моделировались бы такие условия, очень сложно. С помощью расчетов мы показали, что если в смесь воды и углекислоты или просто набора углерод-водород-кислород добавить железо, идет образование углеводородов. Без железа в системе синтез не идет», — сказал Литасов.
Попадать углерод, водород и кислород в недра Земли могут с тектоническими плитами, из которых состоит земная кора. Плиты постоянно движутся, и в некоторых случаях в результате встречи двух плит одна из них уходит под другую. Процесс этот очень медленный: скорость движения литосферных плит измеряется в миллиметрах в год.
«Встреча» литосферных плит, при которой одна из них уходит под другую. Иллюстрация: Vitoriano Junior/Shutterstock
Если эти плиты способны транспортировать легкие элементы, такие как водород и углерод, в мантию, то в результате этих процессов в недрах Земли могут образовываться так называемые непредельные углеводороды. В их молекулах между атомами углерода есть двойные и тройные связи. Эти углеводороды легко вступают в химические реакции. Известный пример непредельного углеводорода — этилен, из которого делают знакомый всем по пластиковыми пакетам полиэтилен.
«Кроме того, мы объяснили в этой статье, как образовавшиеся углеводородные соединения могут подниматься ближе к поверхности», — отметил Литасов. Земная кора и мантия состоят из силикатов — минералов, в состав которых входит кремний. Температуры плавления у них очень высокие, на границе ядра и мантии — не ниже 3700 градусов по Цельсию. Однако в смеси с углеводородами, температура плавления которых намного ниже, силикаты и сами плавятся легче. Благодаря этому, предполагают ученые, образуются так называемые мантийные плюмы — горячие потоки, поднимающиеся в мантии от ядра Земли к ее поверхности со скоростью до сотен метров в год.
Лавовая лампа помогает наглядно представить образование мантийных плюмов. Иллюстрация: Semmick Photo/Shutterstock
Долю углеводородов, которые могут образоваться и выйти к поверхности Земли в результате этого процесса, установить пока сложно. Однако синтез простых органических соединений может в конце концов привести и к формированию более сложной органики, пояснил Литасов. Возможно, гипотеза об образовании первых органических молекул на границе с расплавленным ядром Земли может дополнить популярные теории, согласно которым органику на Землю принесли кометы или астероиды. «Это, конечно, спекуляция, но тем не менее как одна из гипотез может рассматриваться в дальнейшем», — сказал исследователь.
Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.
/chrdk/