石油是植物變的，還是動物變的？

1.石油——化石燃料

日常生活中，我們常提到石油，天然氣和煤是三大化石能源?；茉匆辉~中的「化石」即Fossil，之所以得名化石能源，是因為這些能源由古代生物的遺骸，經(jīng)過幾千萬年甚至上億年的時間變成的。那么石油，這個全球消耗量最大的化石能源，到底是由動物遺骸變成的，還是植物遺骸，還是古代真菌呢？

“多姿多彩”的石油家族

說到石油，大家能夠想到的是從油井中噴涌出的、黑色的、粘稠的液體。但實際上，石油及石化產(chǎn)品本身的顏色形態(tài)是多種多樣的，石油的主要成分是烴類化合物，以飽和烴為主，含有少量芳烴等不飽和烴。經(jīng)過精餾，分離不同溫度下的產(chǎn)物，就能初步得到汽油、柴油、航空煤油、石蠟、瀝青等N種粗加工產(chǎn)品。當(dāng)然原油中也含有硫化物、氮化物等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)不僅會在燃燒時生成硫氧化物、氮氧化物污染環(huán)境，而且還會腐蝕運(yùn)輸管道，所以原油還要經(jīng)過加氫、脫硫等工藝，除去雜質(zhì)后才能加工。

石油不僅可以作為燃料，還可以作為化工原料。我們疫情時期用的口罩，里面的聚丙烯熔噴布就是石油化工產(chǎn)品。可以說，石油制品與我們的日常生活息息相關(guān)。

最左邊那瓶黑色的是原油，之后從左到右的精餾溫度依次增加，第二瓶就是高純度的汽油，最右邊則是瀝青）

1.2.鼻尖上的石油

在學(xué)校的課堂上，老師拿了一組樣品到教室，是大慶油田的原油及其不同溫度的餾分。比較顛覆筆者認(rèn)知的是，高純度的汽柴油其實是很清澈的。汽油接近無色，柴油則是淺褐色。

汽油樣品聞著有一股很重的油漆味，很刺鼻。原油聞著有淡淡的酸味和夏天馬路上的瀝青味，在樣品管里根本搖不動，從底部安安靜靜地躺著。精餾重組分（沸點高的組分）比蜂蜜還粘稠，而瀝青就跟原油一樣，粘稠到搖不動了（tip：瀝青是液體）。

PS：課上因為直接懟到瓶口上聞被老師數(shù)落了一頓（做化學(xué)實驗要注意操作規(guī)范哦）。

2.石油的來源：

2.1.石油產(chǎn)生的兩種假說：

石油在形態(tài)上與巖層中的固態(tài)的“化石”形態(tài)相差甚遠(yuǎn)，成份上也并非一般的礦石（能否這么說？）。那么問題來了，這么一坨黑乎乎的東西，咋知道它之前是什么生物呢？

在學(xué)術(shù)界，關(guān)于石油的來源，一共有兩種學(xué)說。一個學(xué)說為石化油學(xué)說，大概意思就是石油是由地殼巖層里面的碳形成的，是一種可再生的能源。另一種則是學(xué)術(shù)界主流觀點，即生物沉積變油學(xué)說。

依照生物沉積變油學(xué)說，石油是古代生物質(zhì)在地底下經(jīng)過復(fù)雜演化得來的。這句話包含著一個關(guān)鍵：地底下。你沒看錯，就是這個詞。這個詞包括了N多條件：

無氧，要不然那些生物質(zhì)還沒變成石油就全都氧化腐爛了；

壓力，石油上面那么厚一層土，肯定壓力夠大；

溫度，大致上從地表往下算，每向下30m，地層溫度升高1攝氏度；

還可能有微生物活動......

再聯(lián)想一下，與石油同年代的巖石，大概率是跟石油被埋的深度差不多的，而巖石里可能會含有當(dāng)年的古生物化石。那么我們是不是把石油埋藏區(qū)的巖石挖出來看看，這個問題就大概有答案了呢？

2.2.地質(zhì)研究提供的初步證據(jù)：

上世紀(jì)七八十年代，大慶油田的研究員對松遼盆地的頁巖、油巖（通俗點就是含有石油的巖石）進(jìn)行地質(zhì)研究。研究發(fā)現(xiàn)：松遼盆地之前是一片湖泊。

研究人員在巖石中發(fā)現(xiàn)了藻類和水生動物的化石，化石中最典型的有兩種：輪藻和葉肢介?，F(xiàn)存的輪藻只生活在淺水水域中，要求生活水域為弱堿性，多數(shù)生活在淡水中，少數(shù)生活在半咸水中。葉肢介在生物分類上屬于節(jié)肢動物門、葉足亞綱、介甲目，現(xiàn)存屬種主要生活在陸地淡水水域中，如果水體含鹽量在0.05%-1%、PH值在6.6-9.5，就能迅速繁殖。

輪藻結(jié)構(gòu)圖

東方葉肢介化石

陸上水域，淡水，微咸，弱堿性。這幾個條件湊在一起，讀者們是不是能想到這是什么地理環(huán)境了呢？沒錯，湖。而研究人員在巖石中發(fā)現(xiàn)的這些生物化石，生活條件又幾乎與湖泊完全符合。之后研究人員又發(fā)現(xiàn)，這個地層是白堊紀(jì)的。白堊紀(jì)距今1.45億年-6600萬年前，形成石油的年代也夠了。而且研究表明，這個古代湖泊之前經(jīng)歷過一次缺氧事件，形成石油的條件基本都得到了印證。

2.3.化學(xué)分析技術(shù)追根溯源

通過這個研究，至少我們能推斷出，石油應(yīng)該是水生生物的生物質(zhì)演變來的。那我們怎么斷定是植物還是動物呢？這時候就要用到化學(xué)分析了。

我們先復(fù)習(xí)一下，生物界三大類無非就是動物、植物和真菌。一億年前的真菌已經(jīng)進(jìn)化出了幾丁質(zhì)外壁，而之前的地質(zhì)研究也沒有發(fā)現(xiàn)真菌的蹤跡，真菌形成石油的猜想基本不可能；而動物界與植物界的核心區(qū)別，是有無葉綠體。動物界幾乎不存在含有葉綠體的生物，而葉綠體里富含葉綠素，那么我們就可以這么說，動物不含葉綠素，植物含葉綠素。

（不過生物界總有例外）

可能有人會說，植物還有纖維素形成的細(xì)胞壁呢，動物沒有啊。第一，細(xì)菌其實也有細(xì)胞壁，只不過主要成分是肽聚糖；第二，現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，植物的纖維素與木質(zhì)素是另一種化石燃料——煤的形成原料。纖維素的碳原子骨架結(jié)構(gòu)與煤的類石墨化結(jié)構(gòu)（碳原子以正六邊形排布，連接成層狀）很相近，化學(xué)上也印證了煤是植物變化而來的猜想。

于是我們自然而然地產(chǎn)生了這么一個猜想：如果石油是植物變化來的，那么古代植物的葉綠素應(yīng)該會變化成了一種化學(xué)物質(zhì)，檢測到這種物質(zhì)，那石油就是植物變的，反之就是動物變的。好巧不巧，正好有一種化學(xué)物質(zhì)符合預(yù)期：馬來酰亞胺類物質(zhì)。

這是馬來酰亞胺本尊，它的同系列物質(zhì)都是在其基礎(chǔ)上加各種取代基，比如甲基、乙基、苯基。

這是葉綠素a，有沒有覺得馬來酰亞胺跟它的某部分有點像？

同樣是在松遼盆地的頁巖油巖取樣，研究人員檢測了馬來酰亞胺類在巖石樣品中的含量。馬來酰亞胺類已經(jīng)確認(rèn)是葉綠素的降解產(chǎn)物或衍生物。那事情就簡單多了，只要檢測一下松遼盆地的樣品里有沒有這種物質(zhì)，基本上這個問題就塵埃落定了。

大致流程就是這么分離的

經(jīng)過檢測，松遼盆地的樣品中，存在相當(dāng)含量的馬來酰亞胺及其衍生物，并且檢測發(fā)現(xiàn)，苯基取代的馬來酰亞胺系列占總量比值較高，而且埋藏深度越深、有機(jī)質(zhì)成熟度越高的巖石樣品，苯基取代的馬來酰亞胺系列含量占比越高。同時，研究人員檢測到了幾種特殊的馬來酰亞胺類：Me,i-Bu馬來酰亞胺和Me,n-Pr馬來酰亞胺。這兩種物質(zhì)來源于光合綠硫細(xì)菌。光合綠硫細(xì)菌的存在，也證實了松遼盆地古湖泊曾經(jīng)經(jīng)歷過缺氧事件。

現(xiàn)在，我們基本確定了，石油是植物遺骸變成的，而且在這種變化中，水生植物占主導(dǎo)地位。但是可能還會有人說：你這驗的都是堆石頭啊，原油呢？好，直接化驗原油：

這份檢驗報告，檢驗的樣品是珠江口盆地的原油樣品。研究人員直接在原油中檢測出了馬來酰亞胺類物質(zhì)。隨著埋藏深度增加，生物降解程度逐漸降低。這也是為什么我們從圖中看到一個峰值的原因：隨著深度增加和生物降解程度的增高，馬來酰亞胺類物質(zhì)的含量呈上升趨勢。

現(xiàn)在，我們基本就可以想象這樣一個場景了：在一億年前，松遼盆地還是一片湖泊，湖底生活著大量的藻類。在缺氧事件和地質(zhì)運(yùn)動后，這些水生植物被埋在了地底，經(jīng)過幾千萬年的復(fù)雜變化，最終在地底形成了一個油田。

可能讀者還在疑惑，松遼盆地在哪里呢？為什么選擇這個地方的樣品？那我們不妨拿出地圖來找一找大慶油田，沒錯，大慶油田就在松遼盆地。大慶油田是新中國成立后發(fā)現(xiàn)的第一個油田，也是松遼盆地地區(qū)發(fā)現(xiàn)的第一個油田。大慶油田的開發(fā)建設(shè)，甩掉了中國“貧油”的帽子。

參考文獻(xiàn)：

1.李婧儀.石油中馬來酰亞胺的形成與分布,2020

2.黃清華,陳春瑞,王平在,韓敏欣,李星軍,伍大慶.松遼盆地晚白堊世生物演化與古湖泊缺氧事件,1998

3.高瑞祺,松遼盆地白堊紀(jì)陸相沉積特征,1980

作者丨蘇辛一 科普創(chuàng)作者

審核丨張訓(xùn)華 青島海洋地質(zhì)研究所研究員