Академик Вернадский и происхождение нефти – Журнал «Сибирская нефть»

Академик Вернадский и происхождение нефти

Текст: Александр Матвейчук
Фото: DIOMEDIA, РИА «НОВОСТИ»

12 марта 2018 года исполнилось 155 лет со дня рождения Владимира Вернадского (1863–1945) — ученого-энциклопедиста, геолога, кристаллографа, основоположника комплекса современных наук о Земле, геохимии, биогеохимии, радиогеологии, создателя учения о биосфере и о роли разума в природе (ноосфере). Одним из важных предметов его изучения стала нефть. Вернадский исследовал вопрос о ее происхождении, обосновывая биогенную гипотезу, а также предсказал сланцевую революцию.

Василий Докучаев <nobr>(1846–1903),</nobr> основоположник школы научного почвоведения и геологии почв Василий Докучаев (1846–1903), основоположник школы научного почвоведения и геологии почв

Знакомство Вернадского с научными представлениями о нефти произошло на лекциях по химии, которые читал Дмитрий Менделеев <nobr>(1834–1907)</nobr> Знакомство Вернадского с научными представлениями о нефти произошло на лекциях по химии, которые читал Дмитрий Менделеев (1834–1907)

Владимир Вернадский родился в Санкт-Петербурге в 1863 году в семье известного статистика и экономиста Ивана Васильевича Вернадского. В 1876 году начал учиться в Первой Санкт-Петербургской классической гимназии — одном из самых престижных и старейших учебных заведений. В 1881 году Вернадский успешно окончил гимназию и поступил на естественное отделение физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета.

Его знакомство с научными представлениями о нефти произошло на лекциях по химии, которые читал Дмитрий Менделеев. Впоследствии академик Вернадский так вспоминал об этих занятиях: «На его лекциях мы освобождались от тисков, входили в новый, чудный мир, и в переполненной 7-й аудитории Дмитрий Иванович, подымая и возбуждая глубочайшие стремления человеческой личности к знанию и к его активному приложению, в очень многих возбуждал такие логические выводы и настроения, которые были далеки от него самого».

Затем были курс минералогии, который читал известный русский геолог и почвовед, профессор Василий Докучаев, и увлекательные лекции по геологии и палеонтологии профессора Александра Иностранцева, одного из основателей Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии.

В 1885 году Владимир Вернадский закончил Санкт-Петербургский университет со степенью кандидата естественных наук. В 1888 году была опубликована его научная работа «О фосфоритах Смоленской губернии», привлекшая внимание российского геологического сообщества. В том же году подающий надежды молодой ученый получил направление на двухлетнюю стажировку в Европу. В лабораториях профессора Пауля Грота в Мюнхене и профессора Анри Луи Ле Шателье в Высшей горной школе в Париже он провел цикл исследований в области кристаллографии Кристаллография — наука о кристаллах, их структуре, возникновении и свойствах. .

После возвращения из-за границы Вернадский получает приглашение от руководства Московского университета начать чтение курса минералогии и кристаллографии. И уже в первый год преподавания он обращается к проблеме происхождения нефти. В 1891 году публикуется его «Краткий курс минералогии», где Вернадский рассматривает две основные теории генезиса нефти, акцентируя внимание на их доказательной базе, но не отдавая ни одной из них своего предпочтения.

27 октября 1891 года в Санкт-Петербургском университете состоялась успешная защита Владимиром Вернадским магистерской диссертации, посвященной исследованию строения соединений кремния. Через шесть лет — защита докторской. В те годы профессор Вернадский, руководивший геологическими экскурсиями для студентов естественного отделения Московского университета, проводил изучение палеонтологии и стратиграфии меловых и юрских отложений Керченского полуострова и третичных отложений Северного Кавказа. На Таманском полуострове он исследовал грязевые сопки, являвшиеся поверхностными признаками нефтеносности этого района, и это в дальнейшем сыграло свою роль в формировании его взглядов на происхождение нефти.

Здание Ломоносовского института, <nobr>1930-е</nobr> годы Здание Ломоносовского института, 1930-е годы
В. И. Вернадский во время путешествия по Днепру, 1928 год В. И. Вернадский во время путешествия по Днепру, 1928 год

Доклад в политехническом музее

25 февраля 1901 года в актовом зале Политехнического музея состоялось торжественное заседание членов Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии под председательством академика Д. Н. Анучина, посвященное 40-летию научной и педагогической деятельности известного нефтехимика, профессора В. В. Марковникова. После вступительного слова председателя собрания с обстоятельным докладом «Нефть как природное тело в науке XIX столетия» выступил профессор В. И. Вернадский. Основная часть его выступления была посвящена рассмотрению вопросов происхождения нефти, которая к тому времени стала важнейшим для России природным ископаемым: с 1898 года страна занимала первое место в мире по объемам ее добычи.

В начале своего доклада Вернадский дал оценку важной роли, которую сыграла нефть для развития современной цивилизации в начале промышленной революции, что дало мощный импульс для развития горного дела и ряда прикладных наук. Далее на примере хода изучения нефти раскрыл основные этапы истории развития химии и геологии в XVIII–XIX веках, подчеркивая особую роль новых, основанных на экспериментах научных методов для развития минералогии.

В геологической науке к началу ХХ века имелось множество разнообразных концепций происхождения нефти. «...Высказывались взгляды о космическом происхождении нефти, т. е. о существовании ее на земле от века, о происхождении ее внутри земной коры под влиянием высокой температуры, т. е. о минеральном ее происхождении, и, наконец, о генезисе ее путем гниения растительных и животных организмов», — рассказывал Вернадский. В своем докладе он дал критическую оценку концепциям неорганического происхождения нефти и обосновал свой выбор в пользу органической (биогенной) концепции. Вернадский доказывал, что горючие углеродистые ископаемые являются генетически родственными образованиями и возникли из остатков живых организмов, обитавших на Земле в прошлые геологические эпохи: «Переработанные и измененные, превращенные в новые тела соединения углерода, происшедшие из организмов, местами скопляются в земной коре в значительных количествах. Таковы залежи угля, известняков, выделения углекислоты и иногда отложения нефти, графита. Эти углеродистые соединения вновь входят в организмы, проходят стадии сложных органических тел и по отмирании дают прежние минералы».

В своем докладе Вернадский подчеркивал решающую роль геологического времени для процессов нефтеобразования. По его мнению, в течение многих миллионов лет базовые органоминеральные вещества геотермически нагревались и под высоким давлением подвергались термокаталитической деструкции: «Из этих первичных минералов углерода большинство образуется при высокой температуре и высоком давлении. В числе таких же первичных минералов местами является, вероятно, и нефть, образующаяся во всяком случае при участии значительного давления».

На основе глубокого анализа геологических процессов Вернадский выявил и еще одну основную черту процесса нефтеобразования, состоящую в том, что общее количество рассеянной нефти в осадочной оболочке Земли намного превышает общее количество нефти в месторождениях: «...Углеводороды, жидкие и твердые, распространены в земной коре в небольших количествах почти во всех осадочных, метаморфических и отчасти массивных горных породах. Главная масса нефти находится на нашей планете именно в этой форме в виде примесей, исчисляемых ничтожными долями, исчезающих при обычном ходе анализа... Такие скопления сосредоточены в определенных участках земной коры, связанных с ее тектоникой».

Как сторонник осадочно-миграционной теории профессор Вернадский излагает свои взгляды и на миграцию нефти в осадочных образованиях: «Нефть не собирается в виде крупных скоплений жидкости, какие известны для воды, она большею частью является в форме вещества, смачивающего рыхлые породы — песчаника и известняка... Когда давление уменьшается, нефть вытекает из такого смоченного пласта, и местами мы видим выделения ее... Выходя на земную поверхность, значительная часть ее испаряется. Те же самые явления испарения несомненно идут и в более глубоких слоях земной коры, где углеводороды этим путем переносятся с места на место».

В своем докладе профессор Вернадский высказал твердое убеждение в великом будущем нефти: «Мы переживаем, однако, лишь первое грубое развитие нефтяного дела. Разнообразные свойства собранных в нефти соединений и элементов остаются без применения, и лишь наступившему ХХ веку предстоит овладеть вполне и целиком теми драгоценными телами — углеводородными и азотистыми, — которые теперь большей частью бесследно или излишне торовато исчезают при употреблении нефти как топлива или для освещения».

Яркое выступление профессора Вернадского о проблемах происхождения нефти получило широкую известность в кругах российского геологического сообщества. Это убедило его продолжить научные изыскания в этой области.

Вернадский на нефтяных промыслах

В конце первой декады апреля 1902 года заведующий кафедрой минералогии Московского университета, профессор Владимир Вернадский выехал из Москвы в продолжительную командировку. Его целью было посещение главных нефтедобывающих районов Российской империи. В этой поездке его сопровождал ближайший соратник, приват-доцент Яков Самойлов, впоследствии профессор, директор Научно-исследовательского института минералогии.

12 апреля 1902 года Вернадский и Самойлов прибыли в Грозный и остановились в доме управляющего промыслами Челекено-Дагестанского нефтяного общества Ивана Стрижова. Выпускник Московского университета 1894 года, он был одним из любимых учеников Вернадского и некоторое время трудился в качестве внештатного ассистента при возглавляемой им кафедре минералогии. Правда, научной карьере помешало негативное заключение Министерства внутренних дел, в котором говорилось об активном участии Стрижова в запрещенных студенческих организациях. Однако он быстро нашел себя на промышленном поприще. Получив необходимый практический опыт на Урале, с конца 90-х годов XIX века он оказался на Северном Кавказе, в Терском горнопромышленном обществе. Заняв должность управляющего нефтяными промыслами Челекено-Дагестанского нефтяного общества, Стрижов, наряду с решением повседневных производственных вопросов, с головой окунулся в геологические исследования и вскоре стал достаточно известен в кругах российского геологического сообщества благодаря своим публикациям.

Иван Стрижов <nobr>(1872–1953),</nobr> российский геолог-нефтяник, один из любимых учеников Вернадского Иван Стрижов (1872–1953), российский геолог-нефтяник, один из любимых учеников Вернадского

Для Владимира Вернадского Стрижов подготовил насыщенную ознакомительную программу осмотра грозненских нефтяных промыслов. Вначале они посетили асфальтовое месторождение вблизи станицы Михайловской, затем — горячие источники серной воды в Сунженских горах. Далее они поехали осматривать грозненские промыслы.

Покинув Грозный, профессор Вернадский и приват-доцент Самойлов добрались до порта Петровск на Каспийском море, откуда пароходом отбыли в нефтяную столицу Российской империи — Баку.

В 1901 году в России было добыто 707 млн пудов нефти, из которых 672 млн (95%) приходилось на промыслы Апшеронского полуострова. На промыслах 171 бакинской компании эксплуатировалось 1924 нефтяные скважины. Переработку нефти вел 91 нефтеперегонный завод, включая 64 керосиновых предприятия. Всего в 1901 году из бакинского промышленного района по морю и железной дороге было вывезено 488 млн пудов разнообразных нефтепродуктов.

Организацию пребывания профессора Вернадского в Баку взяли на себя его ученики, студенты Московского университета Шелковников и Эминов, сыновья ведущих сотрудников «Товарищества нефтяного производства братьев Нобель». С согласия управляющего бакинским отделом компании, инженера-технолога Ивана Гарсоева, вначале было организовано посещение крупнейшего в регионе нефтеперегонного завода. Затем Вернадский совершил поездку на балаханский нефтяной промысел компании. Сопровождал его ведущий сотрудник «Товарищества нефтяного производства братьев Нобель», доктор геологии Ф. Ф. Андерсон, обстоятельно рассказавший ему о результатах работ по детальной геологической съемке ряда площадей в пределах распространения нефтеносных свит.

В начале 1900-х годов Владимир Вернадский посетил все главные нефтедобывающие промыслы Российской империи

Новые подтверждения биогенной концепции

Революционные потрясения 1917 года, трагические события Гражданской войны стали для академика Вернадского, как и для многих представителей научной интеллигенции, серьезным жизненным испытанием. Многие важные научные вопросы были отложены. К проблеме происхождения нефти он вернулся только в начале 20-х годов ХХ века.

В 1924 году в Париже на французском языке вышла в свет одна из значимых работ академика В. И. Вернадского «Очерки геохимии». На русском языке книга была опубликована в 1927 году и с тех пор выдержала семь изданий. Генезису нефти он посвятил два раздела главы «Углерод и живое вещество в земной коре». Обращаясь к возможностям новой научной базы, представленной геохимией и биогеохимией, он вновь приводит доказательства в пользу биогенной теории и полемизирует со сторонниками концепции неорганического происхождения нефти.

Одно из значимых мест в основании биогенной концепции происхождения нефти Вернадский отвел азоту: «Лишь в ХХ веке американский химик Мабери указал на то, что во всякой нефти всегда есть азот. <...> Эти азотистые соединения везде тождественны». Здесь необходимо отметить, что к началу ХХ века результаты изучения химического состава нефти были все еще недостаточны для полноценного исследования элементной иерархии ее составляющих. Наряду с углеродом, водородом, кислородом экспериментальные данные подтверждало также неизменное наличие серы в нефтях различных месторождений в разных странах и регионах. Однако в 1919 году американский химик-органик Чарлз Мабери в журнале Американского химического общества опубликовал результаты исследования химического состава нефти, где показал в ней и присутствие химически связанного азота. Этому открытию академик Вернадский придавал особое значение, отмечая, что «невозможно представить генезис этих азотистых тел в нефтях в огромных массах, в количестве многих сотен тысяч тонн, иначе как в связи с живым веществом».

Академик Вернадский и минералог Александр Ферсман Академик Вернадский и минералог Александр Ферсман

У академика Вернадского была поразительная способность подмечать знаковые явления. Вот, например, что он писал об оптической активности нефтей: «В земной коре только жизнь и материальные продукты ее разрушения могут обладать диссиметрией, т. е. возможностью проявлений правизны и левизны, их неравенством. <...> Оставаясь на почве точного знания, следует признать, что явление оптической деятельности углеродистого материала при неравенстве правых и левых ее проявлений неизбежно приводит к живому веществу, к единственной физической среде, в которой диссиметрия существует». Оптическая активность нефтей как сложного органического соединения характеризуется их способностью вращать плоскость поляризации света. Результаты опытов, проведенных российскими учеными-химиками Львом Чугаевым, Павлом Вальденом и Моисеем Ракузиным, показали, что большинство нефтей вращают плоскость поляризации вправо, т. е. содержат в своем составе правовращающие изомеры. Между тем для всех искусственно полученных углеводородов, не связанных генетически с продуктами жизни, это не свойственно.

В рассмотрении проблемы происхождения нефти академик Вернадский также отвел значимое место исследованию битуминозных ископаемых сланцев. Его предсказание относительно распределения основных запасов нефти в мире не было оценено современниками, но оказалось актуально в XXI веке, в период нарастающей добычи сланцевой нефти: «Можно отметить два типа месторождений для скоплений нефти: 1) скопление в осадочных породах; 2) проникновение углеводородами битуминозных сланцев. Оба типа могут рассматриваться как части одного и того же явления. Нахождение в сланцах содержит наибольшие массы нефти». Суммируя всю свою доказательную базу биогенной гипотезы, академик Вернадский пришел к выводу, что «образование нефтей — одно из проявлений огромной важности процесса передачи энергии Солнца через живое вещество в глубокие слои планеты».

Наряду с разработкой новых научных идей, гипотез и представлений, изменивших картину планетарного и космического мироздания, изучение естественных производительных сил России было одним из важных направлений работы академика Вернадского на протяжении всей его жизни. Будучи председателем Комиссии по изучению естественных производительных сил России в 1915–1929 годах, он обозначил важную проблему, которая как никогда актуальна для современного нефтяного научного сообщества: «Задача... связана с вопросом о происхождении и создании нефти и об использовании человеком промежуточных стадий природного нефтеобразования. <...> ...Ее решение может иметь и большое практическое значение: надо ли ждать сотен тысяч лет, необходимых для создания нефти, или человек может перехватить этот процесс и получить нужные ему тела, ныне получаемые из нефти, из исходных ее тел...»

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ