石油は植物由来ですか、それとも動物由来ですか?

1. 石油 – 化石燃料

日常生活では、石油、天然ガス、石炭が三大化石エネルギー源としてよく挙げられます。化石エネルギーという用語の「化石」は Fossil です。これらのエネルギー源は、数千万年、あるいは数億年をかけて古代の生物の残骸から変換されたものであるため、化石エネルギーと呼ばれています。では、世界で最も消費されている化石エネルギーである石油は、実際には動物の残骸、植物の残骸、あるいは古代の菌類から作られているのでしょうか?

「カラフルな」オイルファミリー

石油というと、油井から湧き出る黒くて粘り気のある液体を思い浮かべます。しかし、実際には石油や石油化学製品自体の色の形態は多様です。石油の主成分は炭化水素化合物であり、主に飽和炭化水素で、芳香族炭化水素などの不飽和炭化水素が少量含まれています。異なる温度で生成物を蒸留および分離した後、ガソリン、ディーゼル、航空灯油、パラフィン、アスファルトなどのN種類の原油加工製品を最初に得ることができます。もちろん、原油には硫化物や窒化物などの不純物も含まれています。これらの不純物は燃焼時に硫黄酸化物や窒素酸化物を生成して環境を汚染するだけでなく、輸送パイプラインを腐食させます。したがって、原油は処理される前に水素化、脱硫などの処理を行って不純物を取り除く必要があります。

石油は燃料としてだけでなく、化学原料としても使えます。流行中に私たちが使用するマスクに使用されているポリプロピレンメルトブローン生地は石油化学製品です。石油製品は私たちの日常生活に深く関わっていると言えます。

一番左の黒いボトルは原油で、左から右に行くほど蒸留温度が高くなります。 2番目のボトルは高純度ガソリン、一番右はアスファルトです）

1.2.鼻先にオイル

学校の授業で、先生が教室に一組のサンプルを持ってきました。それは大慶油田の原油と、それをさまざまな温度で蒸留したものだったのです。私の認識とは全く異なるのは、高純度のガソリンとディーゼルは実際には非常に透明であるということです。ガソリンはほぼ無色ですが、ディーゼルは薄茶色です。

ガソリンサンプルは非常に強い塗料の臭いがし、非常に刺激臭がしました。原油からはかすかに酸っぱい匂いと夏の道路のアスファルトの匂いがした。サンプルチューブ内で振ることができず、底に静かに横たわっていました。蒸留後の重質成分（高沸点成分）は蜂蜜よりも濃く、アスファルトは原油のように振ることができないほど濃厚です（ヒント：アスファルトは液体です）。

追記：授業中に瓶の口に直接鼻を入れて匂いを嗅いだので先生に叱られました（化学実験をするときは操作手順に注意してください）。

2. 石油の供給源:

2.1.石油の起源に関する2つの仮説:

石油の形状は、岩石層内の固体の「化石」形態とは大きく異なり、その組成は普通の鉱石のものではありません（そう言えるでしょうか？）。そこで疑問になるのが、この黒いものが以前はどんな生き物だったのかをどうやって知るのかということです。

学術界では、石油の起源については2つの説があります。一つの理論は化石石油理論であり、これは大まかに言って石油は地殻の岩石層内の炭素から形成され、再生可能なエネルギー源であることを意味します。もう一つは、学界の主流の見解、すなわち油への生物学的沈殿理論です。

生物沈降と石油変換の理論によれば、石油は地下の古代のバイオマスの複雑な進化を通じて得られます。この文にはキー「地下」が含まれています。正しく読んだ通り、それがその単語です。この単語には多くの条件が含まれます:

酸素がなければ、バイオマスはすべて酸化され、油に変わる前に腐敗してしまいます。

プレッシャー。油の上に土の層がこのように厚いと、圧力は十分に高くなるはずです。

気温は、大まかに言えば、地表から30メートル下がるごとに地面の温度は1℃上昇します。

微生物の活動もあるかもしれません...

もう一度考えてみてください。石油と同じ時代の岩石は、石油と同じような深さに埋まっている可能性が高く、その岩石には当時の古代生物の化石が含まれている可能性があります。では、石油埋蔵地域から岩石を掘り出して調べてみれば、この疑問の答えが得られるかもしれないのでしょうか？

2.2.地質学的研究によって提供された予備的な証拠:

1970年代から1980年代にかけて、大慶油田の研究者らは松遼盆地の頁岩と油岩（簡単に言えば石油を含む岩石）に関する地質学的調査を実施しました。研究により、松遼盆地はかつて湖であったことが判明した。

研究者たちは岩石の中に藻類や水生動物の化石を発見しており、最も典型的な2種類の化石はシャジクモ類とオストレアトゥス類である。現存するチャーラは浅瀬にのみ生息し、水はわずかにアルカリ性である必要があります。大部分は淡水に生息し、少数は汽水に生息します。生物学的分類では、ハサミムシは節足動物門、ハムシ亜綱、サッカロポダ目（Saccharopoda）に属します。現存する種は主に陸生淡水域に生息しています。水の塩分濃度が0.05%～1%、pH値が6.6～9.5であれば、急速に繁殖することができます。

キャラ構造図

東洋の葉イシモチ類の化石

陸上水域、淡水、わずかに汽水、弱アルカリ性。これらの条件を総合すると、読者はこれがどのような地理的環境であるか推測できるでしょうか?そうです、湖です。研究者らが岩石の中で発見した生物化石は、湖の生息環境とほぼ完全に一致する生息環境を持っていた。その後、研究者たちはこの地層が白亜紀のものであることを発見した。白亜紀は1億4500万年前から6600万年前まで続き、石油が形成されるのに十分な時間でした。さらに、研究により、この古代の湖は以前に酸素欠乏現象を経験していたことが判明しており、石油が形成される条件が基本的に確認されています。

2.3.化学分析技術の起源

この研究を通じて、石油は水生生物のバイオマスから進化したはずだと少なくとも推測することができます。では、それが植物なのか動物なのかをどうやって判断するのでしょうか?ここで化学分析が役に立ちます。

まずは復習しましょう。生物界の3つの主要なカテゴリーは、動物、植物、菌類です。菌類は1億年前にキチン質の外壁を発達させており、これまでの地質学的研究では菌類の痕跡は発見されていないため、菌類が石油を形成したという仮説は基本的に不可能である。動物界と植物界の根本的な違いは、葉緑体の有無です。動物界には葉緑体を持つ生物はほとんど存在せず、葉緑体にはクロロフィルが豊富に含まれているため、動物にはクロロフィルがなく、植物にはあると言えます。

（しかし、生物界には常に例外があります）

植物にはセルロースでできた細胞壁があるが、動物にはないと言う人もいるかもしれません。まず、細菌には実際に細胞壁がありますが、その主成分はペプチドグリカンです。第二に、現代の研究では、植物のセルロースとリグニンが別の化石燃料である石炭の形成の原料であることが判明しました。セルロースの炭素原子骨格構造は、石炭のグラファイトのような構造（炭素原子が正六角形に配置され、層状に結合している）と非常に類似しており、石炭が植物由来であるという仮説を化学的に裏付けています。

そこで私たちは自然に、石油が植物から変換されるのであれば、古代の植物のクロロフィルは化学物質に変換されているはずだという推測を思いつきました。この物質が検出された場合、石油は植物から変換されたものとなり、そうでない場合は動物から変換されたものとなります。幸運なことに、ちょうどその条件に合う化学物質がありました。マレイミドです。

これはマレイミドそのものです。同族物質にはすべて、メチル、エチル、フェニルなどのさまざまな置換基が追加されています。

これはクロロフィルaです。マレイミドは、その一部に少し似ていると思いますか?

研究者らは松遼盆地のシェールオイル岩石からもサンプルを採取し、岩石サンプル中にマレイミドの含有量を検出した。マレイミドはクロロフィルの分解生成物または誘導体として特定されています。そうすれば物事はずっと簡単になります。松遼盆地のサンプルにこの物質が含まれているかどうかを検査すれば、この問題は基本的に解決されるでしょう。

一般的なプロセスは次のように分かれています

検査の結果、松遼盆地のサンプルには相当量のマレイミドとその誘導体が含まれていることが判明し、フェニル置換マレイミド系列が総量に占める割合が高く、埋没深度が深く、岩石サンプル中の有機物の成熟度が高いほど、フェニル置換マレイミド系列の割合が高くなることが分かりました。同時に、研究者らはMe,i-BuマレイミドとMe,n-Prマレイミドといういくつかの特殊なマレイミドを検出しました。これら 2 つの物質は光合成緑色硫黄細菌から生成されます。光合成緑色硫黄細菌の存在は、松遼盆地の古代の湖がかつて無酸素状態を経験したことを裏付けている。

現在、石油は植物の残骸から変化し、水生植物がこの変化を支配していることは基本的に確実です。しかし、中にはこう言う人もいるかもしれません。「テストしているのは単なる石の山だ。原油はどこにあるんだ?」さて、原油を直接テストしてみましょう。

この検査報告書で検査されたサンプルは、珠江河口盆地の原油サンプルです。研究者らは原油中に直接マレイミドを検出した。埋設深度が増すにつれて、生分解度は徐々に低下します。グラフにピークが見られるのは、マレイミド物質の含有量が深度と生分解度の増加とともに増加するためです。

さて、私たちは基本的に次のような光景を想像することができます。1億年前、松遼盆地はまだ湖であり、湖の底には大量の藻類が生息していました。酸素欠乏と地質学的変動の後、これらの水生植物は地中に埋もれました。数千万年にわたる複雑な変化を経て、ついに地下に油田が形成されました。

読者はまだ、松遼盆地はどこにあるのだろうと疑問に思っているかもしれません。サンプルの採取にこの場所を選んだ理由は何ですか?それでは地図を取り出して大慶油田を探してみましょう。はい、大慶油田は松遼盆地にあります。大慶油田は新中国の建国後に発見された最初の油田であり、松遼盆地で発見された最初の油田でもあります。大慶油田の開発と建設は、中国が「石油貧乏国」というレッテルを払拭するのに役立った。

参考文献:

1. 李静怡。石油中のマレイミドの生成と分布、2020年

2. 黄清華、陳春瑞、王平宰、韓敏新、李興軍、呉大慶。松遼盆地における白亜紀後期の生物進化と古湖沼無酸素現象、1998年

3. 高瑞奇「松遼盆地の白亜紀大陸堆積物の特徴」、1980年

著者: 蘇欣、ポピュラーサイエンスクリエイター

査読者: 張 勲華、青島海洋地質研究所研究員