به طور کلی دربارهی منشأ تشکیل نفت خام دو نظریه مختلف وجود دارد که عبارتند از منشأ غیرآلی و منشأ آلی. اگرچه امروزه منشأ آلی مورد قبول همگان قرار دارد؛ هنوز نظریه منشأ غیرآلی به طور کامل رد نشده است و همچنان در جوامع علمی و بهویژه در میان برخی پژوهشگران روسی طرفداران خاص خود را دارد. دلیل این امر نیز اکتشاف منابع نفت خام غیرآلی است که البته هیچگاه صرفۀ اقتصادی استخراج را نداشتهاند. به هر حال، پرداختن به این دو نظریه و دلایل و اثباتهای هرکدام از آنها میتواند در نوع خود جالب توجه باشد. همچنین در ادامهی این مطلب به بررسی انواع نفت خام و روش تشخیص آن میپردازیم.
منشأ تشکیل نفت خام
منشأ غیرآلی نفت
طرفداران منشأ غیرآلی نفت، معتقدند که هیدروکربنها در دما و فشار بالای قسمتهای عمیق پوستهی زمین و یا حتی گوشته تشکیل شدهاند و سپس به طرف قسمتهای کم عمق پوسته مهاجرت کردهاند. وجود متان در اتمسفر بعضی از سیارات و همچنین وجود هیدروکربن در شهابسنگ ها پایهی اصلی این نظریه است.
براساس عقیدهی یکی از طرفداران نظریه غیرآلی، آب، کربن، سولفور و آهن در اعماق پوسته و گوشته وجود دارند. در دمای بالا، آب میتواند به اتمهای اکسیژن و هیدروژن شکسته شود. هیدروژن تولید شده میتواند در دمای بالا با کربن واکنش انجام داده و در نتیجه هیدروکربنها را به وجود آورد. سپس هیدروکربنهای تولید شده میتوانند از طریق شکستگیهای عمیق به سمت بالا مهاجرت نمایند.
خروج متان از مجاری آتشفشانهای فعال و همچنین همراهی میادین نفتی عظیم با کمربندهای آتشفشانی (نظیر کشورهای اندونزی، مکزیک و ایران) ممکن است از منشأ غیرآلی نفت حمایت کنند. براساس نظریه توماس گلد، بعد از تشکیل زمین از گازها، متان به مقدار فراوان در داخل زمین به دام افتاده و به مرور از آن خارج میشود.
مقدار این خروج حدود ۱۰۶ تا ۱۰۷ تن در هر سال میباشد. بنابراین همراهی متان با فعالیتهای آتشفشانی میتواند ناشی از این پدیده باشد و ارتباطی با منشر غیرآلی نفت در زیر زمین نداشته باشد. در عین حال وقتی که مواد آتشفشانی در حال بالا آمدن هستند، میتوانند با رسوبات غنی از مواد آلی پوسته مخلوط شده و متان را جذب و در سطح رها نمایند. همراهی میدانهای نفتی با کمربندهای آتشفشانی میتواند چنین پاسخ داده شود که در واقع کمربندهای آتشفشانی، معمولاً در نواحی با فازهای فشارشی بالا در مناطق فرورانش شکل گرفتهاند. به این معنی که در این نواحی عموماً چین خوردگی حاصل میشود (چینها مهمترین تلههای نفتی هستند).
وجود نفت در ادخالهای سنگهای آذرین عامل دیگری در حمایت از نظریۀ منشأ غیرآلی نفت است. البته این پدیده میتواند صرفاً ناشی از آلوده شدن ماگما با رسوبات حاوی مواد آلی در طی حرکت رو به بالای ماگما باشد و ربطی به منشأ غیرآلی نفت نداشته باشد.
منشأ آلی نفت
طرفداران نظریۀ منشأ آلی نفت معتقدند که هیدروکربن از مواد آلی بهوجود میآید. تا دهه ۱۹۳۰ میلادی نظریۀ آنها فقط براساس شباهتهایی بود که بین هیدروکربنها و مواد آلی وجود دارد. این شباهتها به قرار زیر است:
- ترکیب هیدروکربن بسیار شبیه ترکیب پروتئینها، چربیها و اسیدهای چرب است.
- مهمترین قسمت چرخه کربن در طبیعت، در گیاهان و جانوران قرار دارد.
- همراهی هیدروکربنها با سنگهای رسوبی و تجمعات فسیلی آنها.
از سال ۱۹۳۰ به بعد با توسعه علوم و تکنولوژی، مدارک مستندی در حمایت از منشأ آلی نفت به دست آمد. بهکارگیری ایزوتوپهای پایدار، تأیید کنندۀ اصلی این نظریه است. میزان ایزوتوپ پایدار کربن سیزده در نفت خام حدود ۳۶- تا ۲۲- است. این مقدار بسیار نزدیک به میزان آن در گیاهان و جانوران است (برای موجودات دریایی به طور متوسط حدود ۲۳- میباشد).
میزان کربن سیزده در سنگهای کربناته بسیار زیاد است (۴+ تا ۴-)، و برای کربنهای حاصل از سنگهای ماگمایی حدود ۲۰- تا ۲- میباشد. این موضوع ثابت میکند که منشأ هیدروکربنها باید از موجودات زنده باشد.
حضور هیدروکربنها در نواحی غنی از زغال سنگ (نظیر حوضه کوپر در استرالیا) و حضور پورفیرین در نفتها که ترکیب آن بسیار شبیه به هموگلوبین است، از جمله دیگر مدارکی هستند که نظریه منشأ آلی نفت را تأیید میکنند.
حضور هیدروکربن در بدن و بافت بعضی از موجودات نیز تأییدی بر منشأ آلی نفت خام است. مثالهای زیر انواعی از آنهاست:
- درخت بیدار (درخت نفت) نوعی شیره از خود ترشح میکند که ترکیبش بسیار شبیه هیدروکربنها است.
- در قسمت شمالی مکزیک بعضی از دانههای لوبیا حدود ۴۰% مواد روغنی دارند که مصرف دارویی و صنعتی دارند.
- برخی از جلبکهای آبهای شیرین دارای روغن، چربی و هیدروکربنهای مایعاند.
- در داخل سلول دیاتومیت و بعضی از انواع فرامینیفرها قطرات ریز نفت وجود دارد.
انواع عمده نفت خام
نفت خام عمدتاً شامل هیدروژن و کربن است. ولی علاوه بر آن مقادیر کمی اکسیژن، نیتروژن، گوگرد و مقادیر بسیار کمتری فلزات غیرمعمول، مانند وانادیوم و نیکل نیز در ترکیب نفت موجود میباشد. اگرچه ترکیب نفت خام نسبتاً ساده است، اما تعداد ترکیبات هیدروکربنی که در نفت ممکن است موجود باشد، بسیار زیاد است.
عموماً چهار گروه ترکیبات عمده در نفت خام وجود دارند که شامل پارافینها، نفتنها، آروماتیکها و رزینها – آسفالتینها میباشند. رزینها و آسفالتینها هیدروکربن خالص نیستند و دارای عناصر دیگری علاوه بر هیدروژن و کربن میباشند. پارافینها، نفتنها و آروماتیکها، هیدروکربنهای واقعی هستند. در مجموع پارافینها و نفتنها هیدروکربنهای اشباع شده هستند. به طوری که هیدروژن کافی برای اشباع کردن ظرفیت الکترونی اتمهای کربن را دارند. هیدروکربنهای آروماتیک از نظر هیدروژن غیراشباع هستند.
هیدروکربنهای اشباع و غیراشباع دارای تفاوتهای بارزی هستند. به عنوان مثال، اتان که یک هیدروکربن اشباع شده است، دارای ۲ اتم کربن و ۶ اتم هیدروژن است؛ در صورتی که اتیلن به عنوان یک هیدروکربن غیراشباع، مانند اتان ۲ اتم کربن دارد ولی فقط دارای ۴ اتم هیدروژن است.
پارافین
اولین نوع عمده نفت خام، پارافینها هستند که آلکان نیز نامیده میشوند. فرمول کلی پارافینها CnH2n+2 میباشد. سادهترین و سبکترین مولکول سری پارافینها، متان با فرمول CH4 است. پارافینهای با کمتر از پنج اتم کربن، در فشار و حرارت عادی به شکل گازی هستند. علاوه بر متان، دیگر پارافینهای گازی عبارتند از اتان، پروپان و بوتان. این ترکیبات گاهی اوقات برای سادگی C1 تا C4 نیز نامیده میشوند. پارافینهای از C5 تا C15 در حرات و فشار عادی مایع هستند. هیدروکربنهای با بیشتر از ۱۵ اتم کربن دارای گرانروی (ویسکوزیته) بسیار بالا هستند و حالت واکسهای جامد را به خود میگیرند. انواع پارافینها تا C40 و بالاتر از آن نیز مشاهده شده است.
دو نوع اساسی از مولکولهای پارافینی وجود دارد که هر دوی آنها دارای ترکیب یکسانی هستند و در طول یک سری با افزایش یک اتم کربن و دو اتم هیدروژن پدید میآیند. یک سری از آنها شامل مولکول با زنجیره مستقیم یا عادی بوده و دیگری مولکولهای با زنجیره شاخهدار است که ایزوپارافین نامیده میشوند. در شکل فوق نوع نرمال یا ان پنتان و نوع شاخهای آن یا ایزوپنتان مشاهده میشود. در نفتهای خام، انواع نرمال پارافینها از نوع شاخهدار معمولتر میباشند. اگرچه از نظر شیمیایی این دو کاملاً یکسان هستند، ولی شکل ساختمانی آنها باعث تفاوت ویژگیهای فیزیکی در آنها میشود. برای مثال، پارافینهای نرمال با زنجیره مستقیم، نقطه جوش بالاتری نسبت به ایزوپارافینهای شاخهدار معادل خود دارند.
پارافینها تشکیل دهندۀ اصلی هیدروکربنهای گازی هستند. آنها همچنین در نفت سفید و گازولین که بیش از ۳۰% نفت خام را تشکیل میدهند، فراوانند.
نفتن
دومین هیدروکربن عمده در نفت خام، نفتنها هستند که گاهی اوقات سیکلوآلکان نیز نامیده میشوند. فرمول عمومی نفتنها CnH2n است. همانند پارافینها، نفتنها نیز هیدروکربنهای اشباع شده هستند؛ ولی نفتنها دارای ساختمان مولکولی حلقوی بسته میباشند. نفتنها از حداقل ۳ تا بیش از ۳۰ اتم کربن را در حلقههایشان قرار دادهاند. سیکلوپنتان (C5H10) با یک حلقه پنج اتمی و سیکلوهگزان (C6H12) با یک حلقه شش اتم کربنی، نفتنهای متداول در نفتهای خام هستند.
آرومایتک
سومین گروه اصلی ترکیبات هیدروکربنی موجود در نفتهای خام، آروماتیکها هستند. برخلاف نفتنها و پارافینها، آروماتیکها نسبت به هیدروژن غیراشباع هستند. ساختمان آنها بر پایۀ یک حلقه شش اتم کربنی است که با توجه به سادهترین عضو این خانواده یعنی بنزن (C6H6) حلقه بنزنی نامیده میشود. در بنزن، تنها اتم اتصال یافته به حلقه کربن، هیدروژن است.
گروه عمده آروماتیکها از جانشین شدن مولکولهای پارافینی به جای اتم هیدروژن در حلقه بنزنی به دست میآیند. این سریها شام تولوئن، نافالن و آنتراسن میباشند.
هیدروکربنهای آروماتیک در فشار و حرارت عادی مایع هستند. آنها در نفت سبک نسبتاً به مقدار کمتری وجود دارند. ولی در نفتهای سنگین فراوانند. تولوئن معمولیترین آروماتیکها در نفت خام میباشد. دیگر آروماتیکهای مهم گزیلن و بنزن میباشند.
رزین – آسفالتین
چهارمین گروه مهم ترکیبات نفتهای خام، رزینها و آسفالتینها میباشند. رزینها و آسفالتینها ترکیبات پیچیدهای هستند. این هیدروکربنهای ناخالص، اغلب به ترکیبات NSO معروفند؛ زیرا حاوی اتمهای نیتروژن، گوگرد و اکسیژن میباشند که بعضی از آنها جانشین کربن حلقه آروماتیک میشوند. ترکیبات NSO بالاترین وزن مولکولی را دارند و سنگینترین اجزای تشکیل دهندۀ نفتهای خام میباشند. عموماً رزین و آسفالتین همراه با نفت خامهای آروماتیک سنگین یافت میشوند.
تشخیص نفت خام
برای تشخیص ترکیب نفت میتوان از کروماتوگراف گاز استفاده کرد. در این آزمایش، نفت در یک حلال حل شده و سپس در یک وسیلۀ خاص به نمونه حرارت داده میشود.
از آنجایی که نقطه جوش ترکیبات مختلف نفتی موجود در نمونه مختلف است، ابتدا نفتهای با درجه جوش پایین و سپس با درجه جوش بالا بخار میشوند. پدیده بخار شدن هر ترکیب به صورت پیکهای مشخص بر روی یک منحنی به نمایش گذاشته میشود. هر پیک با توجه به درجه حرارتش بیانگر یک ترکیب خاص هیدروکربنی است.
منابع:
- کتاب زمین شناسی نفت – دکتر رضایی
- ویکیپدیا
