نشأة الوقود الأحفوري

كيف نصنع طية محدبة من الإسفنج؟

فكيف تتشكَّل الطيات المحدبة؟ وما أهمية هذه الطيات للنفط والغاز الطبيعي؟

• أقصُّ ثلاث قطع من الإسفنج بأبعاد تساوي ⁦(30 cm × 80 cm)⁩ التي ستمثل أنواعًا مختلفة من الطبقات الصخرية.
• أغلِّف إحدى قطع الإسفنج بالنايلون من جميع الجهات بإحكام، ثم أثبت النايلون باللاصق.
• أكرر الخطوة 2 باستخدام قطعة أخرى من الإسفنج.
• أرتب القطع الإسفنجية فوق بعضها، بحيث أضع القطعة غير المغلفة بالنايلون في الوسط، ثم أثبت أطراف القطع الثلاث مع بعضها باللاصق.
• أرقم القطع الإسفنجية من الأعلى.
• أثني القطع الإسفنجية وأشكِّل طية محدبة يكون اتجاه التقوس فيها للأعلى.

أضبط المتغيرات: أحدد المتغير المستقل والمتغير التابع.

أحدد: أيُّ القطع الإسفنجية التي تمثل صخورًا منفذة، وأيها تمثل صخورًا غير منفذة؟

أستنتج: أيُّ الطبقات يُخزَّنُ فيها النفط والغاز الطبيعي بعد هجرته من مكان تشكُّله؟

أتنبأ: ما ترتيب كل من الماء والنفط والغاز الطبيعي عند اختزانه في الطية المحدبة؟ لماذا؟

• أبيِّن أصل الوقود الأحفوري من حيث الصخور المولِّدة له.
• أصف خطوات تشكُّل أنواع الوقود الأحفوري.
• أناقش آلية حركة النفط والغاز الطبيعي وهجرتهما في الأحواض الرسوبية.
• أشرح كيفية اختزان النفط والغاز الطبيعي في الصخور.

الوقود الأحفوري: من أي شيء يتشكَّل؟

وهل جميع أنواع الوقود الأحفوري تتشكَّل بالآلية نفسها؟

• أنواعه: الفحم الحجري والنفط والصخر الزيتي.
• أهميته: قدَّر العلماء أن 86% من الطاقة المستخدمة في العالم تأتي تقريبًا من احتراق الوقود الأحفوري.

الفحم الحجري: كيف صارت النباتات فحمًا؟

• زمن تشكُّله: عاشت النباتات في العصر الكربوني، منذ $358\ \text{m.y}$ تقريبًا.
• المستنقعات: غطَّت المستنقعات الضحلة مساحات واسعة من سطح الأرض في ذلك الوقت.
• التحلل: بعد موت النباتات بدأت بالتحلل جزئيًا نتيجة نشاط البكتيريا اللاهوائية الموجودة في الماء.
• الدفن: تراكمت المواد العضوية المتحللة ودُفنت تحت طبقات من الرسوبيات، فبقيت بعيدة عن الأكسجين.
• التحوُّل: ازدادت درجة الحرارة والضغط، فتحوَّلت تدريجيًا إلى أنواع مختلفة من الفحم الحجري.

• أنواعه: الخُث، والفحم البتيوميني، ويعتمد نوعه على مقدار درجة الحرارة والضغط.

أوضح كيف يتشكَّل الفحم الحجري.

• هيدروكربونات مُشبعة: وهي أبسط أنواع المواد الهيدروكربونية وتتكون من روابط أحادية فقط، وأمثلتها الميثان.
• الهيدروكربونات غير المشبعة: وتشتمل على روابط ثنائية أو ثلاثية ومن أمثلتها الإيثيلين.
• هيدروكربونات أروماتية: تحتوي على حلقة سداسية من الكربون والهيدروجين ($C_6H_6$) ومن أمثلتها البنزين.

النفط والغاز: نظريتان لأصلهما

توجد نظريتان رئيستان توضحان آلية تشكُّل النفط والغاز الطبيعي من مادته الأم

• النظريتان:
• النظرية غير العضوية ذات الأصل غير العضوي.
• النظرية العضوية ذات الأصل العضوي.
• رأي معظم العلماء: النفط والغاز الطبيعي هما من أصل عضوي.

النظرية غير العضوية: هل يتكوَّن النفط في الستار؟

• الفرضية: المواد الهيدروكربونية المكوِّنة للنفط والغاز الطبيعي تتكوَّن نتيجة تفاعلات تحدث في الستار العلوي.
• المصدر: ليست ناتجة عن تحلل المواد العضوية.
• الهجرة: تهاجر تلك المواد خلال الصدوع العميقة إلى صخور القشرة الأرضية.
• التشكُّل: هناك يتشكَّل النفط والغاز الطبيعي في الصخور النارية أو الرسوبية أو المتحولة.
• الدليل: أثبتوا صحة فرضيتهم من انبعاث غاز الميثان من البراكين.

• سبب رفض معظم العلماء لها: الميثان الذي يتشكَّل في ستار الأرض يكون مُشتتًا ولا يُنتج بكميات ذات قيمة اقتصادية.
• تفسيرهم لنفط روسيا: اندفاع الماغما إلى صخور رسوبية غنية بالمواد الهيدروكربونية، مثل صخر الغضار.

النظرية العضوية: من عوالق البحر إلى النفط

قد تشكَّلا من بقايا كائنات حية مجهرية مثل العوالق النباتية والحيوانية، التي عاشت في المحيطات أو البحار.

• الدفن: سقطت بقايا الكائنات الحية بعد موتها في قاع البحر ودُفنت تحت طبقات من الصخور الرسوبية مثل الصخور الطينية.
• نقص الأكسجين: لم تتحلل كاملًا، وتراكمت في الطبقات الرسوبية التي أصبحت غنية بالمواد العضوية.
• النضوج: ازداد الضغط والحرارة مع مرور الوقت، فنضجت المادة العضوية وبلغت مرحلة النفط أو الغاز الطبيعي.
• الوجود: يوجد النفط والغاز الطبيعي غالبًا معًا في الصخور الرسوبية.

• تركيبه: يتكون من الكربون والهيدروجين والأكسجين، مع كميات قليلة من النيتروجين والكبريت.
• ذوبانه: مادة غير قابلة للذوبان في المذيبات العضوية العادية والمنتشرة في الرسوبيات مثل ثاني كبريتيد الكربون ($CS_2$).
• تحوُّله إلى نفط أو غاز: يعتمد على مقدار كل من درجة الحرارة والضغط والمدة الزمنية لتشكُّله.

أتتبع: مراحل تشكّل النفط واستخراجه.

أوضح مبررات رفض معظم العلماء تشكُّل النفط والغاز الطبيعي بحسب نظرية الأصل غير العضوي.

الهجرة: كيف يصل النفط إلى الصخور الخازنة؟

• الاتجاه: يهاجر النفط والغاز الطبيعي من صخور المصدر أفقيًا ورأسيًا إلى الصخور الخازنة.
• أنواع الهجرة: تُقسَّم هجرة النفط والغاز الطبيعي إلى نوعين.

• نهاية الرحلة: يستمر النفط والغاز الطبيعي في الهجرة حتى يصلا إلى المصيدة.

فأين يتوقف النفط عن الحركة؟

نمذجة الهجرة الثانوية بالزيت والرمل والماء

يُستخرَج النفط من أماكن تختلف عن تلك التي تشكَّل فيها.

• أسكب $25\ \text{mL}$ من الزيت في المخبار المدرج.
• أضيف بالتدريج كمية من الرمل فوق الزيت في المخبار المدرج حتى ارتفاع $60\ \text{mL}$.
• أصنع طبقة مكونة من الحصى فوق الرمل بإضافة حصى صغيرة حتى ارتفاع $90\ \text{mL}$.
• أسكب الماء في المخبار المدرج إلى ارتفاع $120\ \text{mL}$.
• أراقب المخبار المدرج مدة $5\ \text{min}$، وأدوِّن ملاحظاتي.

أتتبع: ماذا حصل للزيت والماء في المخبار المدرج؟

أحدد: ماذا يمثل كل من الزيت والرمل والحصى؟

أفسر سلوك الزيت عند إضافة الماء في المخبار المدرج.

أستنتج سلوك النفط والغاز الطبيعي في المصيدة.

المصائد: أين يُحتجز النفط والغاز؟

يتحرَّك النفط والغاز الطبيعي في أثناء الهجرة عبر مسامات الصخور حتى يصلا إلى الصخور الخازنة، ويمكن أن يصلا إلى سطح الأرض

• أنواعها: تُصنَّفُ المصائد بحسب آلية تشكُّلها إلى أربعة أنواع.

• أمثلتها: الطيات والصدوع، ويؤدي تشكُّلهما إلى احتجاز النفط والغاز الطبيعي فيها.

• (A: صخر غطاء غير منفذ) (⁦B⁩: صخر خازن) (⁦C⁩: صخر المصدر) (⁦D⁩: بئر نفط)

• ويتميز الملح الصخري بنقصان كثافته بزيادة العمق، لذلك تتشكل القباب الملحية
• القباب الملحية: تتشكَّل عندما يصل الملح الصخري إلى أعماق تزيد فيها درجة الحرارة على $300\ °\text{C}$.
• عند هذه الدرجة: تصبح كثافته قليلة نسبة إلى الرسوبيات التي تعلوه ويسلك سلوك الموائع، فتندفع الكتل الملحية إلى الأعلى مشكِّلةً شكل القبة.
• دورها: تحتجز النفط والغاز الطبيعي وتمنع حركتهما؛ لأن الطبقة الملحية غير منفذة.

• مثال: تضاؤل سماكة طبقة من صخور ذات مسامية ونفاذية كبيرة مثل الصخر الرملي من أحد الجوانب، بحيث تُدمَجُ في طبقة صخر الغضار غير المنفذة.
• الاختزان: يُختزن النفط والغاز الطبيعي في الطبقة المسامية ذات النفاذية الكبيرة داخل المصيدة.

أذكر خاصيتين تتميز بهما معظم مصائد النفط والغاز الطبيعي.

أراجع: من الوقود الأحفوري إلى المصائد

الفكرة الرئيسة: أستنتج هل يُستخرَج النفط من صخور المصدر.

أوضح مفهوم الوقود الأحفوري.

أقارن بين المواد العضوية المكوِّنة للفحم الحجري والنفط من حيث نوع بقايا الكائنات الحية المكوِّنة لها.

أوضّح كيف تتشكَّل المصائد الطبقية.

أستنتج: هل يتجمَّع النفط في مصيدة تركيبية على شكل طية محدبة، بحيث تكون الصخور الخازنة فيها صخورًا جيريّة، وصخور الغطاء صخورًا رمليّة؟

أقارن بين الهجرة الأولية والهجرة الثانوية للنفط والغاز الطبيعي من حيث آلية الهجرة.

أطرح سؤالًا إجابته: «الصخور الخازنة».

السبب والنتيجة: كيف تؤثر كثافة الصخور في تشكُّل المصائد الاختراقية؟