《微观世界的博弈》章节试读

《微观世界的博弈》的笔记-第182页 - 石油的故事

石油的故事
植物和动物的有机质由于细菌的活动而腐烂，几百万前如此，今天依然如此。海底的每一层有机质都对下面的那层形成挤压，这种压力把水分子给赶了出去。不同的碳化合物在沉积物上积累，它们密密麻麻混在一起，其中大多数是羟类物质，羟分子长长的碳链上，每一个碳分子都是饱和的，连着氢。几百万年过去了，强压把羟类物质挤到了地球内部更深的地方，让它们变得坚硬，形成了棕黑色的固体。把这样一块棕黑色固体材料，放到显微镜下面，你会看到细菌化石——因此这材料的名字是化石燃料——也会有其它一些植物，海洋无脊椎动物和贝类的化石。
从那坚硬的、黑乎乎的材质中形成石油，需要有机物、压力、时间和周围岩石特性的精确结合。从上而来的压力，把一块块的有机质推向地球中心。如果有足够的时间，高温和高压会把黑色岩石变成液态，其中的羟链断裂成了不同种类的较短的链，这些短链混杂在一起。然后，压力把液体推压进周围岩石的孔隙中。液体被推压着通过岩石上的网孔，来自细菌的膜成分和这液体混在一起，提高了液体的疏水性。这个过程中，就形成了原油。
在大约5.5千米深的地方，石油是液态。到了更深的地方，强压和高温把羟类进一步分解成气态的甲烷，即天然气。地下较浅的地方，羟类是固态，形成煤。
微生物学家知道，化石燃料的形成中，细菌不可或缺，但是他们还是不清楚，究竟是哪种细菌代谢让石油里的羟类组分在各处都有所不同。油页岩，这种岩石里含有原油，就在孔隙形成的网状结构里，还有色素分子叶绿素，和现代光合作用菌的叶绿素分子很相似。已故的微生物生态学家克劳德•佐贝尔（Claude ZoBell）说，要是没有细菌，就根本不会形成石油。佐贝尔提出，最长的羟分子变成较短（但依然长）的羟分子过程中，地下细菌功不可没。原油包含的羟链的长度，从8个碳到80个碳不等，不同的油藏之间，以及同一个油藏里，相对的组分都各有不同。数百年来，消化羟类的厌氧菌给碳原子连上了氢，让其变成饱和碳。这些厌氧菌也帮助形成天然气，而反刍动物和白蚁的体内，也会产生一模一样的甲烷气体。
化石燃料可以被认为是可再生资源，因为沉积过程一直在进行。有机质一直都在下沉，而细菌最终会生产出更多的石油。但是这个过程，却是在人类所不能理解的时间尺度上发生的。到如今，大多数人应该认识到，现在世界上可用的石油，赶不上石油消耗的速度。沙特阿拉伯的石油专家候赛尼（Sadad I. Al Husseini）在2000年的时候推算说，世界上的石油储藏，到2004年时候将不再增加，这个平台期会持续不超过十五年。平台期之后，提取剩下的石油，要么过于艰难，要么过于昂贵，或者二个原因并存。美国在20世纪70年代，就已经超过了这个界限。在那个年代，已有迹象表明石油短缺的状况正在恶化：越来越多的油轮，环绕半个地球把石油运到美国，运输途中常常会有溢油。
细菌能帮助构建第二代或者第三代的替代能源。可以把细菌用基因工程改造成生产羟类燃料，用来满足世界人口的能源需求吗？