
编者注: 偶尔的一系列文章着眼于我们生活中的重要事物及其制成的化学反应。
石油是当今美国运输的命脉,被认为是从数百万年前居住的微小生物的残余开始,但确切的化学转化有些神秘。新的研究正在研究生活在地球深肠中的微生物所扮演的角色。
少数科学家会说,但大多数地质学家认为石油我们抽水从地面(后来改进汽油和其他燃料)主要来自海洋生物的化石,例如藻类和浮游生物。
亚利桑那州立大学的生物地球化学家埃弗里特·震惊(Everett Shock)说:“有很多证据可以支持生物源性。” “例如,某些石油分子类似于细菌细胞膜中发现的脂质。”
震惊说,尽管海洋中的大多数死材料都被细菌回收,但脂质是坚硬的脂肪样分子,“往往最不希望吃的东西。”它们通常被传给海底,在那里埋在沉积物层下,最终被煮成石油。
一旦有机遗骸被吞噬在岩石中,大多数科学家就认为生物学结束了,地质会接管。但是,在过去的几十年中,深入的钻探探险发现了在石油形成的同一深度下居住在表面以下数千英尺的细菌。
“这些微生物是否直接参与将有机物质变成石油的反应?”震惊问。
他领导着由国家科学基金会资助的研究小组,该研究小组旨在弄清楚这些深层的微生物可能会依靠什么以及它们对石油化学的影响。
油电池
即使在确切的化学途径上仍然存在一些不确定性,但起点也不是疑问。
雪佛龙研究科学家巴里·卡兹(Barry Katz)说:“最终的能源是太阳,石油只是'电池'。”
植物和某些细菌使用阳光将二氧化碳转化为糖。这种储存的化学能沿食物链传递,几个“碎屑”被埋在地下。
到达那里后,这种有机材料会被热和压力转化为一种称为动物基因的复杂混合物。根据初始成分和地质条件,动菌可以生产煤(主要由木质植物衍生而来的富含碳燃料)或碳氢化合物(一种来自藻类和各种富含脂质的植物零件的相对富含氢的物质)。
碳氢化合物通常是碳和氢原子的长链。在天然气中发现了较小的烃分子(例如甲烷,丙烷和丁烷)。较大的碳氢化合物(例如己烷和辛烷)组成石油。
如前所述,某些类型的动物基因将形成并释放碳氢化合物 - 通常在温度上升到212华氏度以上(100摄氏度)时。
卡茨说:“这是一个非常低效的过程。” “在海洋中生长的有机材料的不到1%成为碳氢化合物。”
即使石油确实形成,也不总是持续下去。其中一些迁移到表面,在那里食用油的微生物消耗了它的更好部分(创建所谓的焦油沙)。为了防止这种情况发生,需要有一个地质形成,可以将石油捕获到水库中。
“充电”这种石油电池可能需要100万至10亿年,而大多数石油我们都使用了约1亿年的历史。
能量排水
化学存储的太阳能被石油形成的长而复杂的过程所消除。
“地面上的石油处于低能状态,”震惊告诉生活学。 “只有当我们将其提升到表面并将其引入氧气大气中时,它才会变得精力充沛。”
埋入有机材料的能量潜力降低引出了一个问题:深层的微生物幸存下来?
“我们不知道他们在做什么,”震惊说。 “我们只是遇到了他们。”
一种可能性是,他们正在吃小的有机副产品,这些副产品与碳氢化合物同时被从动蛋白中排出。另一种可能性是,这些富裕的虫子正在积极帮助催化反应这会产生石油,并为自己消除剩余的能量。
高速模拟
Shock的团队计划在实验室中创建石油,以查看该过程是否存在可能支持细菌的任何方面。
这不会是科学家第一次模拟自然石油形成。为了加快烹饪过程,研究人员通常将温度最高为几百摄氏度。
“没有人愿意等待大约1000万年才能完成实验,”震惊说。
假设是在高温和低温下都发生相同的反应,但是没有人可以肯定地说是这种情况。
“我们如此依赖石油是相当值得注意的,但是我们真的不明白它是如何在其所有血腥细节中制成的,”震惊说。
也许这些地下微生物将有助于填补缺失的碎片。
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