شرح الموضوع
للوقود الأحفوري أنواع مختلفة، ويعتمد تشكُّل كل منها على نوع المواد العضوية المكوِّنة له، وكمية الضغط والحرارة التي يتعرَّض لها، والمدة الزمنية اللازمة لتشكُّله.
أنواع الكيروجين
مِمَّ يتكوّن الوقود الأحفوري؟
تتحوَّل إلى مواد عضوية أكثر تعقيدًا بعد تعرُّضها للضغط والحرارة تُسمَّى الكيروجين
- كيروجين IV: يضيفه بعض العلماء نوعًا رابعًا، وهو نادر وغير قادر على إنتاج النفط أو الغاز الطبيعي.
الفكرة الرئيسة ونتاجات التعلم
- أوضح مفهوم الممال الحراري الأرضي.
- أحدّد علاقة الممال الحراري الأرضي بتشكّل النفط والغاز الطبيعي والصخر الزيتي.
- أفرّق بين أنواع الوقود الأحفوري.
نُضج الكيروجين وتشكُّل النفط
أقارن بين نوع مادة الكيروجين I والكيروجين II من حيث نوع بقايا الكائنات الحية التي تكونت منها.
كيف ينضج الكيروجين؟
يمُرُّ الكيروجين بمراحل متتالية حتى يتحوَّل إلى نفط أو غاز طبيعي.
- أقل من : البكتيريا اللاهوائية تحلّل الكيروجين، فتقل نسب الأكسجين والنيتروجين والكبريت فيه.
- النتيجة: يزداد تركيز المركبات الهيدروكربونية، ولا يُعدّ الكيروجين ناضجًا بعد.
- العمق: يقدّر العلماء عمق الرسوبيات الحاوية على الكيروجين في هذه المرحلة بين .
وأين نجد كيروجينًا لم ينضج؟
- الصخر الزيتي صخر يحتوي على مادة الكيروجين غير الناضجة.
وبعد هذا العمق، ما الذي ينضّج الكيروجين؟
- يتغيّر الممال الحراري من منطقة إلى أخرى اعتمادًا على الظروف الجيولوجية والطبوغرافية.
- التصنيف: يُصنَّف الوقود الأحفوري إلى أنواع مختلفة بحسب نُضج مادة الكيروجين وخصائص كل نوع.
البترول (Petroleum)
ما البترول؟
- حالاته: يوجد بالحالة السائلة أو الغازية أو الصلبة، ويُطلق غالبًا على الحالة السائلة.
- مكوّناته: النفط والغاز الطبيعي والقار والأسفلت.
النفط (Oil)
النفط: سائل البترول
- التركيب: مواد هيدروكربونية تختلف نسبها بحسب نوع النفط، مع نسبة من النيتروجين والأكسجين والكبريت.
- عناصر فلزية: قد يحتوي على نسبة قليلة منها مثل النحاس والنيكل والفانيديوم والحديد.
| العنصر | النسبة (%) |
|---|---|
| الكربون | 83 - 85 |
| الهيدروجين | 10 - 14 |
| النيتروجين | 0.1 - 2 |
| الأكسجين | 0.05 - 1.5 |
| الكبريت | 0.05 - 6.0 |
| عناصر فلزية | < 0.1 |
- التولّد: يتولّد النفط من الكيروجين عند دفنه في أعماق كبيرة نتيجة ارتفاع درجة الحرارة.
- درجة الحرارة: يحدث التولّد بشكل كبير عند درجات حرارة .
الغاز الطبيعي
الغاز الطبيعي: غاز البترول
- مكوّنات أقل: الإيثان والبروبان .
- نسب قليلة: قد يحتوي على ثاني أكسيد الكربون، والأكسجين أو النيتروجين، أو كبريتيد الهيدروجين.
| العنصر | النسبة (%) |
|---|---|
| الميثان | 70 - 90 |
| الإيثان والبروبان والبيوتان | 0 - 20 |
| ثاني أكسيد الكربون | 0 - 8 |
| الأكسجين | 0 - 0.2 |
| النيتروجين | 0 - 5 |
| كبريتيد الهيدروجين | 0 - 5 |
| غازات أخرى He, Ne | 0 - 2 |
- وجوده: يتوافر الغاز الطبيعي مصاحبًا للنفط في مصيدة النفط، أو منفردًا.
- التولّد: يتولّد من الكيروجين عند درجات حرارة تقريبًا .
- المصدر: في الغالب يتولد النفط والغاز الطبيعي من الكيروجين II.
وعند أي عمق تصل الحرارة إلى هذا المدى؟
| العمق (km) | درجة الحرارة (°C) |
|---|---|
| 1 | 30 |
| 2 | 60 |
| 3 | 90 |
| 4 | 120 |
| 5 | 150 |
| 6 | 250 |
الأسفلت (Asphalt)
الأسفلت: الباقي الثقيل
أحدد: ما الحالة الفيزيائية للأسفلت؟
- في صخور المصدر، قبل تولّد النفط: يتشكّل بسبب التحلل البيولوجي بوساطة البكتيريا لمادة الكيروجين.
- في صخور المصدر، بعد تولّد النفط: يتحرك النفط خلال الشقوق والصدوع، فتتحرر المواد المتطايرة وتتبخر الغازات وتتركز الهيدروكربونات الثقيلة (الأسفلت).
- في الصخور الخازنة: يتسرّب النفط نحو الأعلى وتتبخر المواد الخفيفة منه، أو تحلّل البكتيريا مكوّناته فيزداد تركيز المواد الهيدروكربونية الصلبة.
رمال القار
أتحقق: ما مكونات البترول؟
رمال القار: رمل فيه أسفلت
- الحُبيبات: الحُبيبات المعدنية محاطة بغشاء رقيق من الماء، وتوجد مادة الأسفلت بينها.
- النسبة: تُقدَّر نسبة الأسفلت في رمال القار بحوالي 10% من كتلة الصخر الرملي.
- التشكّل: يهاجر النفط إلى خزانات من الصخر الرملي على أعماق ضحلة أقل من وبدرجات حرارة أقل من .
- ما يحدث: يتحلّل النفط حيويًا بوساطة البكتيريا الهوائية، فتتطاير الهيدروكربونات الخفيفة والمتوسطة وتترسب الثقيلة بين حُبيبات الرمل.
أستنتج: فائدة طبقة الماء الرقيقة حول حُبيبات الرمل في عملية استخلاص البترول من رمال القار.
الصخر الزيتي
الصخر الزيتي: كيروجين لم ينضج
- للحصول على النفط والغاز: يجب تسخين الصخر الزيتي إلى درجات حرارة ليحدث له انحلال حراري.
- الكيروجين فيه: لا يوجد له تركيب كيميائي محدّد، لكن جميع أنواع الكيروجين تتكون بصورة رئيسة من المواد الهيدروكربونية.
أتحقق: أحدد البيئات التي يمكن أن يتشكَّل فيها الصخر الزيتي.
التجربة 2: أنواع الوقود الأحفوري
تجربة: كيف تختلف أنواع الوقود الأحفوري؟
- 1. أتفحّص العينات التي تمثّل الوقود الأحفوري، وأُحدّد خصائص كل نوع من حيث: اللّون، والحالة الفيزيائية، والرائحة.
- 2. ألاحظ المادة العُضوية السوداء اللّون في عينة رمال القار.
- 3. ألاحظ احتراق عينة الصخر الزيتي عند تقريب طَرَف العينة من لهب بنسن المشتعل.
- 4. أتفحّص لزوجة كل من النفط الخام والأسفلت.
أصنّف العينات من حيث الحالة الفيزيائية.
أصف: ماذا حصل لعينة الصخر الزيتي عند حرقها؟
أقارن بين لزوجة النفط الخام والأسفلت.
الفحم الحجري (Coal)
الفحم الحجري: أربع مراحل
يتشكّل من تحلّل بقايا نباتات دُفنت بعد موتها تحت طبقات مختلفة من الصخور الرسوبية بعيدةٍ عن الأكسجين
وبحسب الحرارة والضغط، يُقسم الفحم الحجري أربعة أقسام.
- الاحتياطي: يشكّل فحم اللغنيت النسبة الأعلى من الاحتياطي العالمي من الفحم الحجري.
- صناعة الكوك: يُحرَق الفحم البتيوميني في مراجل صناعية لصنع فحم الكوك.
- مدة التشكّل: تستغرق مدة زمنية طويلة نسبة إلى الأنواع الأخرى، ويحتاج إلى درجات حرارة وضغط عاليين.
- الحرارة: عند حرقه يُنتج كمية كبيرة من الحرارة.
أتحقق: أفسّر سبب صلابة الأنثراسيت نسبة إلى باقي أنواع الفحم الحجري.
مراجعة الدرس
راجع ما تعلّمته
الفكرة الرئيسة: أذكر العوامل التي يعتمد عليها تشكّل أنواع الوقود الأحفوري المختلفة.
أطرح سؤالًا تكون إجابته: «نضوج مادة الكيروجين».
أصوغ فرضية توضح أثر زيادة درجة الحرارة التي يتعرض لها الكيروجين عن 120 °C.
أقارن بين الصخر الزيتي والأسفلت من حيث آلية تشكّل كل منهما.
أوضح: كيف تتكوّن رمال القار في الطبيعة؟
أقارن بين فحم الخُثّ والفحم البتيوميني من حيث نسبة الكربون المكوّن لهما.
الآن نقرأ الشكل كما يطلب السؤال الأخير.
- أ. أرسم بيانيًا العلاقة بين درجة الحرارة والعمق الذي يتشكل عنده كل من الكيروجين، والنفط، والغاز الطبيعي.
- ب. أحدّد: ما العلاقة بين العمق ودرجة الحرارة؟
- ج. أحدّد العُمق الذي يتشكل عنده النفط.
- د. أستنتج: لماذا يحتاج الغاز الطبيعي إلى أعماق أكبر من النفط حتى يتشكّل؟
