Из чего образуется нефть. Происхождение нефти. Как образовалась нефть

К середине XIX в. Фраунгоферов рефрактор стал основным инструментом наблюдательной астрономии. Высокое качество оптики, удобная монтировка, часовой механизм, позволяющий держать телескоп постоянно наведённым на звезду, стабильность, отсутствие необходимости непрерывно что-то подстраивать и регулировать завоевали заслуженное признание даже самых требовательных наблюдателей. Казалось бы, будущее рефракторов должно быть безоблачным. Однако наиболее проницательные астрономы уже поняли три главных их недостатка: это всё же заметный хроматизм, невозможность изготовить объектив очень большого диаметра и довольно значительная длина трубы по сравнению с кассегреновским рефлектором того же фокуса.

Хроматизм стал более заметным, потому что расширилась спектральная область, в которой велись исследования небесных объектов. Фотографические пластинки тех лет были чувствительны к фиолетовым и ультрафиолетовым лучам и не чувствовали видимую глазом сине-зелёную область, для которой ахроматизировали объективы рефракторов. Приходилось строить двойные телескопы, в которых одна труба несла объектив для фотографических наблюдений, другая -- для визуальных.

Кроме того, объектив рефрактора работал всей своей поверхностью, и в отличие от зеркала под него нельзя было подвести с задней стороны рычаги, уменьшающие его прогиб, а на зеркальных телескопах такие рычаги (система разгрузок) применялись с самого начала. Поэтому рефракторы остановились на диаметре около 1 м, а рефлекторы позднее дошли до 6 м, и это не предел.

Как всегда, появлению новых рефлекторов способствовало развитие техники. В середине XIX столетия немецкий химик Юстус Либих предложил простой химический метод серебрения стеклянных поверхностен Это позволило изготовлять зеркала из стекла. Оно лучше полируется чем металл, и значительно легче его. Стекловары также усовершенствовали свои методы, и можно было смело говорить о заготовках диаметром около 1 м.

Оставалось разработать научнообоснованный метод контроля вогнутых зеркал, что и сделал в конце 50-х гг. XIX в. французский физик Жан Бернар Леон Фуко, изобретатель общеизвестного маятника. Он помещал в центр кривизны испытываемого сферического зеркала точечный источник света и загораживал его изображение ножом. Глядя, с какой стороны при движении ножа перпендикулярно оси зеркала на нём появляется тень, можно установить нож точно в фокусе, а затем очень ясно увидеть неоднородности и ошибки поверхности. Таким методом можно исследовать и рефракторы: точечным источником служит звезда. Чувствительный и наглядный, метод Фуко применяется и сейчас как любителями, так и профессионалами.

Фуко изготовил по своей методике два телескопа с длиной трубы 3,3 м и диаметром 80 см. Стало ясно, что у рефракторов Фраунгофера появился грозный конкурент.

В 1879 г. в Англии оптик Коммон изготовил вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см. При его изготовлении использовались научные методы контроля. Зеркало приобрёл богатый любитель астрономии Кросслей, который смонтировал его в телескопе. Однако этот инструмент не устроил своего владельца, и в 1894 г. Кросслей объявил о его продаже. Приобрести его, правда бесплатно, согласилась организованная в Калифорнии Ликская обсерватория.

Кросслеевский рефлектор попал в хорошие руки. Астрономы стремились получить от него максимум возможного: новый телескоп приме-нялся для фотографирования астрономических объектов; с его помощью было обнаружено множество неизвестных ранее внегалактических туманностей, похожих на туманность Андромеды, но меньшего углового размера. Стеклянный рефлектор первого поколения показал себя эффективным.

Следующий телескоп такого типа был построен уже на американской земле -- также в Калифорнии, на вновь созданной солнечной обсерватории Маунт-Вилсон. Заготовку для зеркала диаметром 1,5 м отлили во Франции; её обработка велась на обсерватории, а механические части были заказаны в ближайшем железнодорожном депо.

Как можно судить по документам, полную ответственность за новый телескоп нёс один человек -- оптик Джордж Ричи. Он был, выражаясь современным языком, главным конструктором этого прибора. Основными усовершенствованиями являлись очень хороший часовой механизм, новая система подшипников, устройство для быстрой подвижки фотокассеты в двух направлениях и меры по выравниванию температуры вблизи главного зеркала, чтобы предохранить его форму от искажения из-за теплового расширения. Ричи сам фотографировал небо; время экспозиции доходило до 20 ч. (на день кассету с фотопластинкой убирали в тёмное помещение).

Результаты не заставили себя ждать: великолепные снимки Ричи до сих пор публикуются в учебниках и популярных изданиях.

Следующий, уже 2,5-метровый рефлектор, начал работать в Маунт-Вилсон в 1918 г. Все усовершенствования предшественника и опыт его эксплуатации были использованы при конструировании гигантского по тем временам инструмента.

Новый телескоп был эффективнее предыдущего в том смысле, что на нём обычный, не искушённый в обращении с телескопами астроном мог без труда фотографировать такие же слабые звёзды, какие получались на 1,5-метровом в качестве рекордных. А в руках мастера своего дела этот телескоп позволил сделать открытие мирового класса. В начале XX в. расстояние до ближайших галактик являлось для астрономов такой же загадкой, как расстояние от Земли до Солнца в начале XVII в. Известны работы, в которых утверждалось, что туманность Андромеды находится в нашей Галактике. Теоретики благоразумно помалкивали; тем временем уже был разработан надёжный метод определения расстояний до далёких звёздных систем по переменным звёздам.

Осенью 1923 г. в туманности Андромеды открыли первую переменную звезду нужного типа -- цефеиду. Вскоре их число увеличилось до десяти в разных галактиках. Удалось определить периоды этих переменных, а по ним -- расстояния до других галактик.

Измерение расстояний до нескольких внегалактических туманностей позволило установить, что чем дальше расположена галактика, тем с большей скоростью она от нас удаляется.

1,5- и 2,5-метровый рефлекторы долго служили верой и правдой наблюдательной астрономии; сейчас они выведены из эксплуатации из-за засветки неба мегаполисом Лос-Анджелеса.

Перечислим основные особенности современных телескопов первого поколения.

Во-первых, главные зеркала их имеют строго параболическую форму. Они изготовлены из стекла типа зеркального со значительным коэффициентом теплового расширения (что является недостатком, поскольку форма зеркала искажается из-за неодинаковой температуры различных его частей) и выглядят как сплошной цилиндр с отношением толщины к диаметру приблизительно 1:7.

Во-вторых, конструкция их трубы выполнена по принципу максимальной жёсткости. Укреплённые в ней главное и вторичное зеркала должны находиться на одной оси в пределах ошибок, заданных при расчёте оптики. Если этого нет, то качество телескопа непременно ухудшается, поэтому конструкцию трубы телескопа рассчитывают так, чтобы в любом положении гнутие трубы было меньше заданного оптиками допуска. Естественно, такая труба достаточно массивна. Подшипники телескопа -- скольжения или шариковые. У первых двух телескопов нагрузку на них уменьшают поплавки, на которых телескоп почти плавает в ртутных ваннах.

Телескопы, основной астрономический инструмент человечества, не претерпевали кардинальных изменений принципов их функционирования на протяжении 400 лет. Однако, благодаря реализации проекта Segmented Planar Imaging Detector for Electro-optical Reconnaissance (SPIDER), который является частью более масштабной программы Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA, разработана новая технология, которая позволит заменить большие и громоздкие линзы и зеркала более компактными узлами. Использование этих оптических узлов, разработанных специалистами компании Lockheed Martin, в состав которых входит множество миниатюрных светопреломляющих элементов, позволит сократить размеры телескопов следующего поколения в 10-100 раз.

Базовая конструкция и принципы работы телескопа, по сути, оставалась неизменной, начиная с момента изобретения этого устройства в 1608 году. Большая передняя линза фокусирует свет и направляет его в сторону тыловой меньшей линзы, которая формирует изображение. За последнее столетие конструкция телескопа претерпела множество модернизаций, но основное препятствие, мешающее увеличению возможностей таких телескопов, так и осталось неразрешенным. И заключается оно в том, что для того, чтобы сделать телескоп более мощным, требуется увеличение размеров и, соответственно, веса, передней основной линзы.

Проблема заключается в том, что процесс изготовления оптических линз является медленным процессом, требующим необычайно высокой точности, и на изготовление основных линз больших телескопов могут потребоваться годы времени. Кроме этого, стеклянные линзы имеют тенденцию прогибаться под воздействием силы тяжести, они не являются полностью прозрачными для света с определенными длинами волн и у них всегда присутствует некий уровень остаточных цветовых и сферических искажений. Все это является причиной того, что самый большой преломляющий телескоп на сегодняшний день имеет линзу, диаметром в 100 сантиметров, он находится в Йеркской обсерватории и он был построен в 1895 году.

Разработанная специалистами компании Lockheed Martin и учеными из Калифорнийского университета в Дэвисе технология SPIDER, позволяет заменить одну большую линзу телескопа множеством крошечных линз по аналогии с фасетчатыми глазами насекомых. Каждая крошечная линза фокусирует свет на поверхности датчиков, кремниевых фотонных интегральных схем. Таким образом один телескоп превращается в множество микроскопических отдельных камер.

Ключевым моментом технологии SPIDER является то, что для своей работы она использует принципы интерферометрии. Обычно такие принципы используются астрономами при помощи нескольких оптических или радиотелескопов, находящихся на удалении друг от друга, которые аппаратным и программным путем объединяются в один огромный телескоп. Используя данные об амплитуде и фазе принимаемых радиосигналов или света, ученые могут получать изображения с намного большей разрешающей способностью, нежели изображения, получаемые при помощи одного единственного телескопа.

Специалисты компании Lockheed Martin использовали тот же самый принцип, но только в намного меньших масштабах. В результате у них получился достаточно компактный и легкий телескоп, который можно устанавливать на стандартной платформе космических аппаратов.

"Используя самые современные технологии, мы создали интерферометрическую матрицу, которая обеспечивает разрешающую способность, сопоставимую с разрешающей способностью матриц качественных цифровых фотокамер" - рассказывает Алан Дункан (Alan Duncan), старший научный сотрудник компании Lockheed Martin.

Крошечные линзы отдельных элементов матрицы SPIDER не требуют столь тщательной и точной обработки, как линзы телескопов. Для получения разрешающей способности, соответствующей, к примеру, разрешающей способности 100-сантиметрового телескопа, матрица SPIDER должна иметь такие же размеры. Но матрица SPIDER будет настолько тонка, что суммарная экономия места и веса может составлять до 99 процентов. Кроме этого, для изготовления оптических компонентов матрицы SPIDER требуется несколько недель, а не лет.

Телескоп, основанный на матрицах SPIDER, является плоской конструкцией, которая может иметь круглую, шестиугольную или более сложную форму для того, чтобы его можно было установить на поверхности космического корабля, к примеру. В настоящее время технология SPIDER находится на ранней стадии ее реализации и для ее доведения до уровня практического применения может потребоваться до 5-10 лет.

"Технология SPIDER обладает потенциалом, который позволит в будущем делать захватывающие открытия. Ведь ничего не будет мешать поместить компактные высококачественные системы на орбиты таких планет, как Сатурн и Юпитер" - рассказывает Алан Дункан, - "С учетом сокращения размеров и веса телескопов в 10-100 раз в космос можно будет запускать большее количество астрономических инструментов, которые позволят ученым обнаружить массу нового и интересного".

Сегодня большинство ученых считает, что нефть имеет биогенное происхождение. Иначе говоря, нефть образовалась из продуктов распада мелких организмов животных и растений (планктона), живших миллионы лет назад. Старейшие месторождения нефти были образованы 600 млн. лет назад.

В то время большая часть Земли была покрыта водой. Живые организмы после смерти опускались на дно древних морей и заливов и покрывались илом, песком и слоями последующих отложений. Эти отложения постепенно уплотнялись, обезвоживались и опускались все ниже. При этом давление и температура в этих отложениях увеличивались. Под воздействием анаэробных бактерий (то есть бактерий, способных жить без доступа кислорода), из органического вещества стали образовываться углеводороды, собиравшиеся в маленькие маслянистые капельки. К сожалению, ученые пока не могут точно ответить на вопрос, какие именно процессы в органических отложениях привели к образованию нефти.

Важно понимать, что углеводороды не лежали под землей в виде озер нефти. Они были смешаны с водой и песком, которые постепенно просачивались сквозь пористые слои песчаников и известняков вместе с пузырьками газа. Часто смесь продвигалась сквозь породы под воздействием высокого давления. Нефть и газ просачивались в пустоты между частицами осадочных пород, как вода проходит в губку. Рано или поздно на пути нефти и газа попадался слой породы, сквозь который они не могли просочиться, - непроницаемой породы, не имевшей пор или трещин, - и таким образом, они оказывались в геологической "ловушке".

Пока шел процесс образования нефти, Земля тоже менялась. Происходили движения земной коры, разломы и соединения массивов. Эти процессы формировали различные типы нефтяных геологических "ловушек".

Мы знаем, что состав нефти, найденной в разных точках земного шара, сильно различается. Это объясняют разницей в реакциях, происходивших при образовании нефти или разными видами растений и животных, из организмов которых она формировалась.

Запасы нефти исчисляются сотнями миллиардов тонн, и распространена она повсеместно, на суше и на море. То, что лежало на поверхности, давно использовано, и теперь нефть добывают с глубин 2-4 и более километров. Но еще глубже ее еще больше, просто оттуда добывать ее пока экономически невыгодно, то есть дорого.

А знаете ли вы...

Первым догадку о происхождении нефти из органического вещества высказал русский ученый Михайло Васильевич Ломоносов в своем труде «О слоях земных» (1763)