Учёные нашли на дне Атлантического океана естественный источник природного газа и других углеводородов, который производит их куда более активно, чем все известные до сих пор геологические структуры. Образование углеводородов — важный этап в возникновении жизни, и некоторые авторы открытия уверены, что именно подобные источники могли когда-то очень давно стать местом появления первых молекул жизни.
Углеводородов на дне океана великое множество, однако возникают они обычно при разложении живых существ, как догадался ещё Михаил Васильевич Ломоносов. В течение сотен миллионов лет водоросли и зоопланктон оседали на дно и смешивались с илом. Медленное разложение давало химическим реакциям энергию, а высокое давление и низкое содержание кислорода создавали идеальные условия для постепенного превращения сложных белков в простые соединения углерода и водорода с небольшими примесями прочих элементов, по большей части связанных в другие соединения. Именно таким образом, по мнению большинства учёных, появились нефть и газ.
Существует и другая теория их появления, считающая углеводороды естественным продуктом химических реакций в земной коре или мантии, в которых жизнь не участвует. Развитие таких взглядов во многом связано с именем другого великого русского учёного — Дмитрия Ивановича Менделеева, который, впрочем, никогда не утверждал эту гипотезу как единственно возможную. Ныне такой взгляд на происхождение углеводородов — за исключением разве что метана — считается в некоторой степени маргинальным, и, как и положено маргинальной теории, она сильно разнится от версии к версии, однако и у её сторонников есть немало косвенных аргументов в пользу своей точки зрения.
Нет сомнений, что на щит они попытаются поднять и результаты работы американских и швейцарских геохимиков, опубликованные в последнем номере Science.
Группе под руководством Гиоры Прокуровски и Деборы Келли из Океанографического института в Вудс-Хоуле и Университета Вашингтона удалось найти первые неопровержимые доказательства абиогенного синтеза простых углеводородов на дне океана. Хотя что-то подобное учёные видели и раньше, у скептиков каждый раз находился повод усомниться в том, что найденные газы — не результат разложения вездесущих морских организмов. На этот раз всё гораздо сложнее. К тому же источник, найденный американскими учёными, гораздо изобильнее всех известных до сих пор.
Этот источник — подводные гидротермальные поля Лост-Сити (Потерянный Город), расположенные на дне Атлантического океана, ровно посредине между Африкой и Северной Америкой. Собственно, говорить о дне здесь, может быть, и не вполне уместно, ведь Лост-Сити находится всего в 800 метрах ниже уровня океана, на самой вершине подводного горного массива Атлантис Срединно-Атлантического хребта.
Открыты Лост-Сити были уже в 2000 году и получили своё имя по ассоциации с названием горного массива, происходящего, в свою очередь, от имени исследовательского судна Atlantis, его обнаружившего. Atlantis переводится с английского как «Атлантида», и как же, если не Потерянным Городом, было назвать систему из нескольких десятков огромных колонн из светлого известняка высотой до 60 метров и великое множество более мелких пирамидок, подчас весьма причудливой формы.
(Lost City, «Потерянный город») – геотермальное поле на вершине массива Атлантис Срединно-Атлантического хребта, открытое в 2000 году. Состоит из нескольких десятков массивных известняковых колонн, созданных отложением карбоната кальция, конденсирующегося при взаимодействии горячей воды, поднимающейся от основания колонны, с холодной водой океанских глубин. Высота крупнейшей системы колонн, получившей имя Посейдон, составляет около 60 метров, что делает её выше всех известных «чёрных курильщиков».
Водородный показатель воды в районе Лост-сити существенно отличает это геотермальное поле от всех чёрных курильщиков. Если вблизи последних наблюдается сильно кислая среда, то pH в районе Лост-сити изменяется от 9 до 11 – эта среда сильно щелочная. Считается, что высокую температуру и щелочную среду поддерживают реакции превращения минерала оливина в серпентин в морской воде; при этом также выделяется молекулярный водород. Кроме того, если в «чёрных курильщика» температура воды может превышать 350 градусов по Цельсию, то в районе Лост-сити режим куда как более щадящий – от +40 до +90 градусов.
Существенные отличия также наблюдаются в биологии окружающих вод. «Чёрные курильщики» населяют бактерии, научившиеся использовать для своей жизнедеятельности соединения серы. В районе Лост-сити наблюдается большая концентрация архей и бактерий, жизнь которым даёт метан. Кроме того, благодаря наличию известняка, в этом районе существенно выше концентрация различных мелких беспозвоночных, включая головоногих и двустворчатых моллюсков, многощетинковых червей и разные виды мелких ракообразных.
По мнению учёных, именно здесь и синтезируются углеводороды. Своему образованию эти пирамиды обязаны самим гидротермальным полям. По современным представлениям, Срединно-Атлантический хребет образован породами мантии Земли, просачивающимися между раздвигающимися в разные стороны Африканской, Северо- и Южноамериканской литосферными плитами. В этой горячей породе содержится минерал оливин, богатый железом и магнием, который при взаимодействии с морской водой превращается в серпентин и магнетит, нагревает воду и, что самое главное, высвобождает водород.
Далее горячая вода с растворёнными в ней минералами поднимается вверх и, охлаждаясь, осаждает их в виде Потерянного Города, а водород вступает в воде в реакцию с углекислым газом, медленно сочащимся из мантии. Часть его соединяется с атомами кислорода, порождая особую, «мантийную» воду, а часть — с углеродом, образуя такие дорогие в наше время углеводороды.
Именно то обстоятельство, что этот углерод никогда не видел дневного света, и позволило удостовериться, что жизнь к появлению углеводородов, собранных в окрестностях Лост-Сити, не причастна.
Он никогда не входил в состав живых существ, объединённых в грандиознейшую пищевую цепь планеты и перемешивающих в своих белках все изотопы углерода. Из-за этого изотопный состав простейших углеводородов, образованных здесь, меняется совсем не так, как у их биогенных аналогов.
Простейший углеводород из одного углеродного и четырёх водородных атомов — метан (CH4), образованный разложением живых организмов при высокой температуре, содержит в среднем меньше тяжёлого углерода 13C, чем этан – второй по сложности углеводород, в состав которого входят два атома углерода (C2H6). В пропане и бутане, в которых присутствуют три и четыре углеродных атома, содержание тяжёлого углерода ещё больше.
Дело в том, что чем легче молекулы, тем скорее они покидают «биореактор», в котором варится природный газ. Метан с наименьшим количеством тяжёлого углерода – самый лёгкий метан – уходит первым, оставляя больше 13C на этан, пропан и более сложные молекулы.
В то же время в углеводородах с вершины массива Атлантис наблюдается прямо противоположная тенденция: больше всего тяжёлого углерода именно в простейшем метане, а в этане и пропане оказывается больше углерода лёгкого. Ранее было экспериментально показано, что такое поведение — характерный знак углеводородов, синтезируемых от простого к сложному при взаимодействии углекислого газа и водорода в водной среде.
Кстати, это результат означает, что к тем нефти и газу, выкачиванием которых из недр Земли сейчас активно занимается человечество, образования, подобные Лост-Сити, могут иметь не более чем косвенное отношение. В настоящем природном газе наблюдается именно тренд, характерный для процессов разложения живых существ.
Так что надеяться на то, что гидротермальные источники восполнят наши истощающиеся запасы нефти и газа, не приходится.
Объёмы производства природного газа этим способом трудно оценить, поскольку учёным пока известен лишь один такой источник, но они вряд ли удовлетворят человечество.
На абиогенное происхождение указывает и относительное содержание CO2 и гелия. Это значение очень стабильно, однако в случае с Лост-Сити гелия оказалось подозрительно много. По мнению авторов статьи, речь идёт скорее об обратном — вокруг слишком мало углекислого газа, который был частично переработан в углеводороды. Если сложить концентрации углерода из углеводородов и CO2, баланс примерно сходится.
А теперь насчёт косвенного отношения гидротермальных источников к образованию нефти и газа. Прокуровски считает, что такие источники могли послужить местом синтеза простейших углеводородов, из которых позднее развилась жизнь. Вся она основана на белках и их строительных блоках — аминокислотах, которые, в свою очередь, представляют собой углеводороды с небольшими добавками азота, серы и прочих элементов. Не исключено, считает американский учёный, что именно здесь появились первые соединения CnHm, которые позднее вошли в состав молекулярных кирпичиков жизни.
глубоководные гидротермальные источники, приуроченные, как правило, к рифтовым зонам срединно-океанических хребтов. Над жерлами, из которых выделяются струи горячей воды, насыщенной раствореными газами (водородом, углекислым газом), поднимаются облака из тонкодисперсных сульфидов, сульфатов и окислов металлов, имеющие обычно черный цвет. При ином составе выделяемых соединений цвет подводных облаков может быть белым («белые курильщики»).
Отложения сульфидов и других соединений достигают мощности в десятки метров и являются примером современного вулканогенно - осадочного рудообразования. Благодаря высокой концентрации сероводорода вокруг гидротерм, бурно развиваются бактерии, служащие пищей для более высокоорганизованных организмов, в том числе весьма своеобразных, ранее неизвестных науке.
Впрочем, сам Потерянный Город на вершине Атлантиды никак не может быть тем «пупом Земли», из которого вышло всё живое: самому Атлантическому океану всего около 200 миллионов лет, а жизнь на Земле в десяток-другой раз старше.
Кроме того, и насчёт подводного происхождения углеводородов у многих учёных есть большие сомнения. Например, присутствие большого числа углеводородов на других телах Солнечной системы, на которых точно не могут присутствовать океаны, подобные земным, говорит о наличии эффективного механизма их синтеза каким-то иным путём. А органические молекулы — от двухатомных соединений углерода с кислородом и азотом до спиртов и метанимина, из которого легко сделать аминокислоту глицин, — в большом количестве имеются не только в пространстве между звёздами нашей галактики, но и были замечены на расстоянии в четверть миллиарда световых лет от нас.
