ما هو الوقود الأحفوري؟ ? What are Fossil Fuels
- يُعرَفُ الوَقودُ الأحفوري Fossil Fuels بأنه أحد أشكال الطاقة غيرِ المتجدّدة تشكَّل من بقايا الكائنات الحية النباتية والحيوانية.
- ويشمل الوقود الأحفوري أنواعا مختلفة منها:
- قدّر العلماء أن % 86 من الطاقة المستخدمة في العالم تأتي تقريبًا من احتراق الوقود الأحفوري.
تشكُّل الفحمِ الحجري Formation of Coal
- تشكَّل الفحمُ الحجري Coal من بقايا الأشجار والسّرخسيات والنباتات الأخرى التي عاشت في العصر الكربوني، منذ حوالي 358 مليون سنة.
- كان المناخ السائد في ذلك الوقت في مناطق نمو النبات أكثر دفئًا من الوقت الحاضر، وقد أدى هذا إلى زيادة نموّها.
- وتشكل الفحم الحجري التي غطت المستنقعات الضحلة مساحاتٍ واسعةً من سطح الأرض. من خلال عدة مراحل هي أنه عندما ماتت النباتات فيها تحللت جزئيا بفعل البكتيريا في الماء، ثم دُفِنت تحت طبقات من الرسوبيات، وقد أدى هذا إلى بقاء المواد المتحللة بعيدةً عن الأكسجين، ومع مرور الوقت وتراكُم الطبقات الرسوبية فوقها ازدادت درجة الحرارة والضغط المؤثر عليها، وبالتدريج تحولت إلى أنواع مختلفة من الفحم الحجري اعتمادًا على مقدار درجة الحرارة والضغط التي تعرضت لها. ومن أنواع الفحم الحجري الخُثُّ، والفحم البتيوميني.
تشكُّل النفط والغاز الطبيعي Formation of Oil and Natural Gas
- توجَدُ نظريتان رئيستان توضحان آلية تشكُّل النفط والغاز الطبيعي من مادته الأم وهي: نظرية الأصل غير العضوي ونظرية الأصل العضوي
- يوجَدُ تبايُنٌ بين العلماء في وجهات النظر، ولكن معظمهم يتفقون على أن النفط والغاز الطبيعي هما من أصل عضوي.
نظرية الأصل غير العضوي Inorganic Origin Theory
- يفترِض العديد من العلماء أن المواد الهيدروكربونية المكوِّنة للنفط والغاز الطبيعي تتولد في الستار، وليس تحلّل المادة العضوية، وأن الأرض تحتوي على كميات ضخمة من النفط والغاز الطبيعي، حيث افترضوا أن الميثان والمواد الهيدروكربونية الأخرى تتكون نتيجة تفاعلات مختلفة تحدُث في الستار العلوي، ثم تهاجِر تلك المواد خلال الصدوع العميقة إلى صخور القشرة الأرضية وهناك يتشكل كلّ من النفط والغاز الطبيعي في أنواع الصخور المختلفة ( النارية أو الرسوبية أو المتحولة).
- وأثبت العلماء المؤيدون صحة فرضيتهم من انبعاث غاز الميثان من البراكين، ومن اكتشاف وجود غاز الميثان في بعض كواكب المجموعة الشمسية الأخرى مثلِ كوكبَي المشتري وزُحل.
- يرفُض معظم العلماء هذه النظرية مبررين ذلك أن الميثان الذي يتشكل في ستار الأرض يكون مُشتَّتا ولا يُنتَج بكميات ذات قيمة اقتصادية. وفسروا أنّ سبب تكوّن النفط غير العضوي بكميات كبيرة اقتصادية ناتِجٌ عن اندفاع الماغما في صخور رسوبية غنية بالمواد الهيدروكربونية، مثل صخر الغَضار ما أدى إلى تكوّن النفط والغاز الطبيعي بكميات كبيرة، ومثالٌ على ذلك النفط المتكوّن في روسيا.
نظرية الأصل العضوي Organic Origin Theory
- تفترِض هذه النظرية أن النفط والغاز الطبيعي قد تشكّلا من بقايا كائنات حية مِجهرية مثل العوالق النباتية والحيوانية، التي عاشت في المحيطات أو البحار، إذ سقطت تلك الكائنات الحية بعد موتها في قاع البحر ودُفِنت تحت طبقات مختلفة من الصخور الرسوبية مثل الصخور الطينية. وبسبب نقصِ الأكسجين فإنها لم تتحلل بشكل كامل، وتراكمت في الطبقة الرسوبية التي أصبحت غنيّة بالمواد العضوية. ومع مرور الوقت ازداد الضغط ودرجة الحرارة ما أدى إلى نضوج المادة العضوية، وبلوغِها مرحلة النفط أو الغاز الطبيعي. ويتواجد النفط والغاز الطبيعي غالبًا مع بعضهما بعضا في الصخور الرسوبية.
- تُسمّى الصخورُ التي تحتوي على كميات كافية من المواد العضوية، والتي يمكن أن يتولد ويتحرر منها ما يكفي من المواد الهيدروكربونية لتكوين تراكم اقتصادي من النفط أو الغاز الطبيعي صخرَ المصدر Source Rock ومن أمثلتها صخورُ الغَضار والصخور الطينية.
- بينما تُسمّى المادّةُ العضوية الصُّلبة التي تتراكم في صخور المصدر الكيروجين Kerogen ، يتكوّن الكيروجين من الكربون والهيدروجين والأكسجين، مع كميات قليلة من النيتروجين والكبريت، ويُعَدُّ الكيروجينُ مادّةً غيرَ قابلة للذّوبان في المذيبات العضوية العادية والمنتشرة في الرسوبيات مثل ثاني كبريتيد الكربون ( CS2 )،
- يَعتمِدُ تحوُّلُ الكيروجين إلى نفط أو غاز طبيعي على مقدار كلٍّ من درجة الحرارة والضغط والفترة الزمنية اللازمة لتشكُّلِه.
- يُصَنَّفُ الكيروجين بحسْبِ أصله، أو درجة نُضجه إلى أنواع مختلفة
هجرة النفط والغاز الطبيعي Migration of Oil and Natural Gas
- يهاجر النفط والغاز الطبيعي من مكان تشكّلِهما في صخور المصدر أفقيّا ورأسيّا إلى صخورٍ ذاتِ نفاذية عالية تُسمّى الصخورَ الخازنةَ Reservoir Rocks.
- من الأمثلة على الصخور الخازنة الصخور الجيرية والصخور الرملية.
- قد يستغرق النفط والغاز الطبيعي ملايين السنين ليُهاجِرا على بُعدِ عدة كيلومترات للأعلى،
- تُقسَم هجرةُ النفط والغاز الطبيعي إلى نوعين:
1- هجرة أولية Primary Migration :
- تمثل الهجرةُ الأولية هجرةَ النفط والغاز الطبيعي من صخر المصدر إلى الصخور الخازنة بسبب الضغوط الواقعة عليه
2- هجرة ثانوية Secondary Migration :
- تمثل الهجرة الثانوية الحركات التي تحدُث للنفط والغاز الطبيعي في الصخور الخازنة لهما بسبب اختلاف الكثافة بين مكوّنات الصخور الخازنة .
- تعتبر قوة الطّفوِ القوّةَ الدافعة الرئيسة لهجرة النفط، حيث يطفو النفط فوق الماء الموجود في مسامات الصخر، ولا يذوب فيه لأن كثافة النفط أقلُّ من كثافة الماء.
- عندما يتحرك الماء يدفع معه النفط الذي يطفو على سطحه، ولا ينتقل النفط كقطراتٍ صغيرةً منفصلة، ولكنه تحرك كسلسلة متصلة من النفط، حيث تمتلئ معظم المسامات بالنفط بدلً من الماء.
- أما الغاز الطبيعي مثلُ الميثان، فإنه يهاجر مُذابًا في الماء.
- ينتُجُ الماء الموجود في مسامات صخور المصدر من عدة مصادر منها: تحلُّلُ المادة العضوية وارتِشاحُ الماء من سطح الأرض .
- يستمر النفط والغاز الطبيعي في الهجرة حتى يصلا إلى المِصيدة.
مصائد النفط والغاز الطبيعي Oil and Natural Gas Traps
- يتحرّكُ النفط والغاز الطبيعي في أثناء الهجرة عبر مسامات الصخور حتى يصلا إلى الصخور الخازنة، ويمكِنُ أن يصلا إلى سطح الأرض.
- بعض الصخور غيرِ المنفِّذة أو قليلةِ النفاذية مثل صخر الأردواز أو الغَضار تعمل على منع تلك المواد من الاستمرار في حركتها. وتُسمّى تلك الصخورُ بصخر الغطاء Cap Rock .
- يُسمّى التركيبُ الجيولوجيّ الذي يتكوّن من الصخور الخازنة وصخر الغطاء والتي يُحتَجَزُ النفطُ والغاز الطبيعي فيها ويُمنَعُ من الهجرة المِصيدةَ Trap .
- تُصنَّفُ المصائدُ الحاوية على النفط والغاز الطبيعي بحسْب آلية تشكُّلِها إلى:
1- المصائد التركيبية Structural Traps
- تُعَدُّ المصائدُ التركيبية من أكثر المصائد النفطية انتشارًا.
- تتشكّل من التراكيب الجيولوجية الناتجةِ عن العمليات التكتونية التي تؤدي إلى تشوُّه الصخور.
- من هذه التراكيب الطيّاتُ والصّدوعُ التي يؤدي تشكُّلُهما إلى احتجاز النفط والغاز الطبيعي فيها.
2- المصائد الاختراقية Diapiric Traps
- هي مصائدُ تتشكّلُ نتيجة تحرّكِ رسوبيات للأعلى بسبب قلة كثافتها نسبةً للصخور التي تعلوها.
- من الأمثلة عليها القِبابُ المِلحيّةُ، ويتميز الملح الصخري بنقصان كثافته بزيادة العمق، لذلك تتشكل القِباب الملحية عندما يصل الملح الصخري إلى أعماق تزيد فيها درجة الحرارة على 300oCحيث تصبح كثافته قليلة نسبة إلى الرسوبيات التي تعلوه ويسلك عند هذه الدرجة سلوكَ الموائع؛ فتندفع الكتلُ الملحية للأعلى مشكِّلَةً شكلَ القبّة. وتعمل القِباب الملحية على احتجاز النفط والغاز الطبيعي ومنع حركتهما بشكلٍ مشابهٍ للمصائد التركيبية وذلك لأن الطبقة الملحية غير منفذة.
3- المصائد الطبقية Stratigraphic Traps
تتشكّلُ المصائدُ الطبقية بسبب الاختلاف في خصائص الصخور، ويمكن أن ينتُجَ الاختلافُ في خصائص الصخور في أثناء الترسيب أو بعد عملية الترسيب. فمثلا يمكن أن تنشأ المصائد الطبقية بسبب تضاؤل سماكة طبقة من صخورٍ ذاتِ مسامية ونفاذية كبيرة مثل الصخر الرملي من أحد الجوانب، بحيث تُدمَجُ مثلا في طبقة صخر الغَضار غير المنفِّذة. ثم يتم اختزان النفط والغاز الطبيعي في الطبقة المسامية ذاتِ النفاذية الكبيرة داخلَ المِصيدة.
4 - المصائد المركّبة Combination Traps
العديد من مصائد النفط والغاز الطبيعي لا توجَدُ بشكل منفرد، ولكنها تكون نتيجة دمجِ نوعين أو أكثر من المصائد مع بعض وتسمى المصائد التي تتكون من أكثرَ من نوع المصائدَ المركَّبةَ ومعظم المصائد المركبة تتكون من دمج المصائد التركيبية والمصائد الطبقية.