Круговорот углерода в природе, его энергетические источники и значение для образования нефти и газа

Вместе с другими элементами и веществами углерод участвует в круговороте – повторяющихся процессах перемещения и превращения на Земле, которые имеют циклический характер. Огромные миграционные потоки углерода охватывают на нисходящей и восходящей ветви круговорота все сферы Земли от атмосферы до верхней мантии и обратно. Часть соединений углерода выходит из круговорота и при определённых условиях образует скопления нефти, газа и твердых горючих ископаемых. Согласно органической теории происхождения нефти и газа образование УВ происходит на седиментационном цикле нисходящей ветви круговорота углерода за счет ОВ, формирующегося в биогенном цикле. Согласно неорганическим концепциям нефть и углеводородные газы, наоборот, образуются на восходящей ветви круговорота.

Главными движущими силами миграции углерода является геохимическая деятельность живого вещества в биосфере и глубинная геотектоническая (геодинамическая) активность Земли.

В круговороте углерода выделяются следующие циклы: биогенный, седиментационный, метаморфический, магматический и денудационный.

Биогенный, или жизненный цикл протекает в биосфере (рисунок 9). Движение углерода происходит в основном в окисленной форме в виде углекислого газа посредством фотосинтеза. В результате углерод биосферы расходуется на образование биологической продукции, представленной ОВ. Другая часть углекислого газа поглощается гидросферой и идет на образование карбонатов.

В биосферу поступает большое количество метана из зоны катагенеза осадочных пород и более глубоких зон литосферы. Образуется метан и в биосфере при разложении ОВ. Однако он быстро окисляется, пополняя запасы углекислого газа: СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Седиментационный цикл. Часть биологической продукции биосферы поступает в осадочные бассейны (ОБ), где фоссилизируется, минерализуется и идет на образование карбонатных пород. Под фоссилизацией понимаются все диагенетические процессы, ведущие к преобразованию и сохранению ОВ в осадке.

Таким образом, в результате седиментогенеза ОВ преобразуется и выходит из биогенного цикла в органической и неорганической форме. Органическая форма представлена в осадках и осадочных породах рассеянным и концентрированным ОВ, а неорганическая форма – карбонатами. Концентрированные формы ОВ – это залежи каустобиолитов, как угольного, так и битумного генетического ряда. В областях восходящих тектонических движений карбонаты и преобразованное ОВ поступают в зону гипергенеза, а в областях нисходящих движений – в зону регионального метаморфизма.

Рисунок – 9. Круговорот углерода в биосфере Земли (по Г.В. Войткевичу, В.А. Вронскому, 1996)

Денудационный цикл. В зоне гипергенеза при денудационных процессах ОВ окисляется, а карбонаты растворяются. В обоих случаях продуктом превращения является углекислый газ, который поступает в биосферу.

Метаморфический цикл. В этом цикле ОВ превращается в углекислый газ и графит. Карбонатные породы под действием высоких температур разлагаются с образованием углекислого газа: СаСО₃^t → СаО + СО₂. Из очагов метаморфизма углекислый газ вновь попадает в биосферу. Часть карбонатов и ОВ в зонах субдукции поступает в мантию Земли.

Магматический цикл. Углерод, прошедший предыдущие циклы круговорота, испытывает в мантии различные превращения и в виде «газового дыхания» недр вновь возвращается в земную кору и биосферу. Восходящий глубинный поток углерода представлен окисью углерода, углекислым газом, метаном и его гомологами, спиртами. Определенная часть этих компонентов имеет глубинное ювенильное происхождение.