
編者註: 偶爾的一系列文章著眼於我們生活中的重要事物及其製成的化學反應。
石油是當今美國運輸的命脈,被認為是從數百萬年前居住的微小生物的殘餘開始,但確切的化學轉化有些神秘。新的研究正在研究生活在地球深腸中的微生物所扮演的角色。
少數科學家會說,但大多數地質學家認為石油我們抽水從地面(後來改進汽油和其他燃料)主要來自海洋生物的化石,例如藻類和浮游生物。
亞利桑那州立大學的生物地球化學家埃弗里特·震驚(Everett Shock)說:“有很多證據可以支持生物源性。” “例如,某些石油分子類似於細菌細胞膜中發現的脂質。”
震驚說,儘管海洋中的大多數死材料都被細菌回收,但脂質是堅硬的脂肪樣分子,“往往最不希望吃的東西。”它們通常被傳給海底,在那裡埋在沉積物層下,最終被煮成石油。
一旦有機遺骸被吞噬在岩石中,大多數科學家就認為生物學結束了,地質會接管。但是,在過去的幾十年中,深入的鑽探探險發現了在石油形成的同一深度下居住在表面以下數千英尺的細菌。
“這些微生物是否直接參與將有機物質變成石油的反應?”震驚問。
他領導著由國家科學基金會資助的研究小組,該研究小組旨在弄清楚這些深層的微生物可能會依靠什麼以及它們對石油化學的影響。
油電池
即使在確切的化學途徑上仍然存在一些不確定性,但起點也不是疑問。
雪佛龍研究科學家巴里·卡茲(Barry Katz)說:“最終的能源是太陽,石油只是'電池'。”
植物和某些細菌使用陽光將二氧化碳轉化為糖。這種儲存的化學能沿食物鏈傳遞,幾個“碎屑”被埋在地下。
到達那里後,這種有機材料會被熱和壓力轉化為一種稱為動物基因的複雜混合物。根據初始成分和地質條件,動菌可以生產煤(主要由木質植物衍生而來的富含碳燃料)或碳氫化合物(一種來自藻類和各種富含脂質的植物零件的相對富含氫的物質)。
碳氫化合物通常是碳和氫原子的長鏈。在天然氣中發現了較小的烴分子(例如甲烷,丙烷和丁烷)。較大的碳氫化合物(例如己烷和辛烷)組成石油。
如前所述,某些類型的動物基因將形成並釋放碳氫化合物 - 通常在溫度上升到212華氏度以上(100攝氏度)時。
卡茨說:“這是一個非常低效的過程。” “在海洋中生長的有機材料的不到1%成為碳氫化合物。”
即使石油確實形成,也不總是持續下去。其中一些遷移到表面,在那裡食用油的微生物消耗了它的更好部分(創建所謂的焦油沙)。為了防止這種情況發生,需要有一個地質形成,可以將石油捕獲到水庫中。
“充電”這種石油電池可能需要100萬至10億年,而大多數石油我們都使用了約1億年的歷史。
能量排水
化學存儲的太陽能被石油形成的長而復雜的過程所消除。
“地面上的石油處於低能狀態,”震驚告訴生活學。 “只有當我們將其提升到表面並將其引入氧氣大氣中時,它才會變得精力充沛。”
埋入有機材料的能量潛力降低引出了一個問題:深層的微生物倖存下來?
“我們不知道他們在做什麼,”震驚說。 “我們只是遇到了他們。”
一種可能性是,他們正在吃小的有機副產品,這些副產品與碳氫化合物同時被從動蛋白中排出。另一種可能性是,這些富裕的蟲子正在積極幫助催化反應這會產生石油,並為自己消除剩餘的能量。
高速模擬
Shock的團隊計劃在實驗室中創建石油,以查看該過程是否存在可能支持細菌的任何方面。
這不會是科學家第一次模擬自然石油形成。為了加快烹飪過程,研究人員通常將溫度最高為幾百攝氏度。
“沒有人願意等待大約1000萬年才能完成實驗,”震驚說。
假設是在高溫和低溫下都發生相同的反應,但是沒有人可以肯定地說是這種情況。
“我們如此依賴石油是相當值得注意的,但是我們真的不明白它是如何在其所有血腥細節中製成的,”震驚說。
也許這些地下微生物將有助於填補缺失的碎片。
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