खनिज तेलाची उत्पत्ती

खनिज तेलाची उत्पत्ती

ज्या मूळ पदार्थापासून खनिज तेलाची उत्पत्ती झाली किंवा होते त्याचा तेलात मागमूसही राहत नाही. यामुळे तेलाच्या उत्पत्तीबद्दलचे स्पष्टीकरण मुख्यत : (१) भूपृष्ठाखालील द्रवांतील वेगवेगळ्या घटकांची मिळविलेली संकलित माहिती व (२) इतर प्रायोगिक माहिती यांच्यावरून केलेल्या तर्कावर अधिष्ठित आहे. तेल निर्मितीबद्दल दोन प्रकारचे विचार प्रचारात आहेत. तेलाची निर्मिती अकार्बनी किंवा अजैव रासायनिक विक्रियेतून झाली हा एक व ती जैव रासायनिक विक्रियेतून झाली, हा दुसरा विचार होय.

अकार्बनी किंवा अजैव उत्पत्ती

तेलाची उत्पत्ती अजैव पदार्थांपासून अकार्बनी पद्धतींनी झालेली असावी असे पूर्वी मानण्यात येत असे. मिथेन, एथेन इ. हायड्रोकार्बने अजैव पदार्थांपासून प्रयोगशाळेत कृत्रिम रीतीने तयार करता येतात. कॅल्शियम कार्बाइडावर पाण्याची विक्रिया होऊन अ‍ॅसिटिलीन वायू तयार होतो. अशा प्रकारच्या रासायनिक प्रक्रिया पृथ्वीच्या कवचाच्या खोल भागातील कार्बाइडांवर होऊन खनिज तेले तयार झाली असावीत, ही कल्पना या विचाराच्या मुळाशी होती. तसेच खनिज तेलात हायड्रोकार्बनांचे सजातीय मालेतील पुष्कळसे घटक आढळतात. सामान्य सागरी अवसादात (गाळात) कार्बनी संयुगांतील हायड्रोजनाचे प्रमाण ७ ते १० टक्के असते, त्यामुळे खनिज तेलातील हायड्रोकार्बनांसाठी आवश्यक असणाऱ्या हायड्रोजनाच्या निर्मितीचे स्पष्टीकरण देता येते. मात्र खनिज तेलात हे प्रमाण ११ ते १५ टक्के असते.

खनिज तेलाची निर्मिती अकार्बनी रासायनिक विक्रियेतून झाली असे गृहीत धरल्यास काही मुद्यांचे मात्र समर्थन करता येत नाही. पृथ्वीतील खनिज तेलाचे वाटप अगदी अनियमित आहे. तेलाची निर्मिती अकार्बनी विक्रियांतून झाली असती, तर पृथ्वीच्या सर्व भागांत जवळजवळ सारख्या प्रमाणात तेलाचे साठे आढळले असते, शिवाय खडक जितके जास्त जुने तितके त्यात मिळणारे तेलसाठे मोठे, असेही आढळले असते. मात्र प्रत्यक्षात कँब्रियन-पूर्व, कँब्रियन (सु. ६० ते ५४ कोटी वर्षांपूर्वीचे) हे जुने खडक आणि ट्रायासिक (सु. २३–२० कोटी वर्षांपूर्वीचे) व प्लाइस्टोसीन (सु. ६ लाख वर्षांपूर्वीचे) हे सापेक्षतः नवे खडक पुरेसे सच्छिद्र आणि पार्य असून सुद्धा त्यांच्यात फारच थोड्या प्रमाणात तेलसाठे मिळाले असल्याचे आढळते. सध्या माहीत असलेल्या तेलसाठ्यांपैकी ७० टक्के साठे कमी वयाच्या मध्यजीव (सु. २३ ते ९ कोटी वर्षांपूर्वीच्या) किंवा नवजीव (सु. ६·५ कोटी वर्षांपूर्वी नंतरच्या) महाकल्पांच्या काळातील खडकांत आहेत. खनिज तेलाचे ऊर्ध्वपातनाने परिष्करण करताना २५०० ते ३००० सें. तापमानाच्या दरम्यान मिळणाऱ्या घटकांत प्रकाशीय वलनाचा गुणधर्म असतो. केवळ अकार्बनी रासायनिक विक्रियांनी निर्माण झालेल्या संयुगांच्या अंगी प्रकाशीय वलनाचा गुणधर्म नसतो. या कारणांनी अकार्बनी किंवा अजैव विक्रियांनी खनिज तेल निर्माण होते, या विचाराला आता फारशी मान्यता नाही व त्यास केवळ ऐतिहासिक महत्त्व उरले आहे.

जैव उत्पत्ती

ज्या खडकांत खनिज तेले आढळतात त्यांचे एकूण स्वरूप पाहिले व खनिज तेलांच्या भौतिक व रासायनिक गुणधर्मांची काही वैशिष्ट्ये लक्षात घेतली म्हणजे खनिज तेले सागरात राहणाऱ्या जीवांच्या शरीरांपासून तयार झाली असली पाहिजेत, याविषयी शंका उरत नाही. खनिज तेलाच्या निर्मितीची सुरुवात भूपृष्ठाखाली फार पुरातन काळी झाली. सध्या जेथे जमीन आहे अशा ठिकाणी पूर्वी समुद्र होते. या समुद्रात गाळ साचत असताना त्यातील असंख्य लहान मोठे प्राणी व वनस्पती नाश पावल्या आणि सागराच्या तळावर गाळाशी एकजीव होऊन गेल्या. त्यावर गाळाचे थर साचत गेले. सतत वाढणाऱ्या गाळाच्या वजनामुळे खालचे थर घट्ट व टणक होत गेले. अशा रीतीने गाळाचे रूपांतर थरांच्या खडकांत होत असतानाच त्यांत पुरल्या गेलेल्या प्राणी व वनस्पती यांच्यातील कार्बनी द्रव्यांचे रूपांतर तेलात होत होते. भूपृष्ठाखालच्या या बदलांप्रमाणेच भूपृष्ठही खूपच बदलत होते. एकमेकांशी निगडित असलेल्या या विक्रिया व प्रक्रिया अत्यंत गुंतागुंतीच्या असाव्यात असे दिसते.

निरनिराळ्या काळांत सागराच्या तळाशी साचलेल्या गाळाच्या कित्येक खडकांतील घटकांचे सूक्ष्म परीक्षण करताना असे आढळून आले की, त्यांच्यात जी हायड्रोकार्बनी संयुगे असतात ती सागरी वनस्पती किंवा प्राणी यांच्या शरीरांपासून मिळणाऱ्या हायड्रोकार्बनांसारखी असतात. खनिज तेलाचे बहुतेक सर्व साठे सागरी खडकांच्या सान्निध्यात आढळतात. यावरून तेलाची उत्पत्ती सागरी अवसादात आणि त्यात असणाऱ्या प्राणी व वनस्पती यांच्यापासून झाली असे दिसते. खनिज तेलाची निर्मिती ज्या मूळ पदार्थांपासून झाली त्यांबद्दल पुढील विविध मतप्रणाली आहेत. (१) सागरी कार्बनी चक्राच्या सुरुवातीला त्यात असणाऱ्या अकार्बनी द्रव्यांपासून तसेच अतिसूक्ष्म जलचर व वनस्पतींवर उपजीविका करणारे सूक्ष्मजीव इत्यादींपासून हायड्रोकार्बनसदृश पदार्थ तयार होतात. तसेच प्राणी व इतर जीव नाश पावल्यावर त्यांच्या विघटनातून (रेणूंचे तुकडे होण्याच्या क्रियेतून) तयार झालेली द्रव्ये पुन्हा सागराच्या पाण्यात मिसळतात. (२) प्रकाशसंश्लेषण (सूर्यप्रकाशात वनस्पतींमध्ये कार्बनडाय-ऑक्साइड व पाणी यांचे साध्या कार्बोहायड्रेटांत रूपांतर करणाऱ्या) क्रियेने सागरी शैवाल समुद्रातील पाण्यात विरघळलेल्या अकार्बनी द्रव्यांचे जटिल अशा कार्बनी द्रव्यात रूपांतर करतात. तसेच कार्बोहायड्रेटांच्या क्षपणा तूनहायड्रोकार्बने तयार होतात. (३) सागरी सूक्ष्मजीवांचे अवशेष खनिज तेल असलेल्या अवसादात भरपूर आढळतात, तसेच जीवाश्मांत (प्राणी व वनस्पती यांच्या शिळारूप अवशेषांत) खनिज तेलाच्या  सदृश द्रव्ये मिळतात. (४) नद्यांच्या प्रवाहांतून ह्युमिक, गेइक व डाल्मक अम्ले ही कार्बनी द्रव्ये सागरातील पाण्यात येऊन पडतात. (५) वनस्पतीपासून मेण आणि राळ मिळते.

खनिज तेलाच्या निर्मितीसाठी कार्बनी द्रव्ये उपलब्ध असली, तरी त्यांचे तेलात रूपांतर होण्यासाठी क्षपणकारक परिस्थिती व क्षपणासाठी लागणारी ऊर्जा ह्या आवश्यक असतात. सागरतळावरील खोल पाण्यात विरघळलेल्या ऑक्सिजनाचे प्रमाण अत्यल्प असते, त्यामुळे क्षपणकारक परिस्थिती निर्माण होते. तेलनिर्मितीसाठी लागणारी ऊर्जा पुढीलपैकी काही कारणांद्वारे पुरविली जात असावी. (१) भूकवचातील उष्णता आणि दाब : दाब परिणामकारक होण्यासाठी ३५०० ते ४००० से. तापमान लागते. भूकवचात आढळणारे जास्तीत जास्त तापमान २३५० सें. आहे.त्यामुळे एवढ्या कमी तापमानामुळे कार्बनी पदार्थांचे (शेलाचे) खनिज तेलात रूपांतर सामान्य परिस्थितीत असंभवनीय वाटते. काहींच्या मते रूपांतराची ही क्रिया भूकवचात अगदी मंद गतीने व दीर्घ काळ चालू असल्यामुळे जास्त तापमानाची आवश्यकता पडत नसावी किंवा विघटन क्रियेतून हे रूपांतर झाले असावे किंवा भूकवचातील मृत्तिकेचा उपयोग रासायनिक उत्प्रेरकासारखा (स्वतः विक्रियेत भाग न घेता तिची गती वाढविणाऱ्या वा ती कमी तापमानाला घडवून आणणाऱ्या पदार्थासारखा) झाला असावा. (२) सूक्ष्मजंतूंची क्रिया : सूक्ष्मजंतूंच्या क्रियांनी मिथेनाची निर्मिती होते. अशीच क्रिया प्रामुख्याने तेलनिर्मितीस कारणीभूत होत असावी, असे मानले जाते. खोलवर गाडल्या गेलेल्या पुरातन अवसादात व खनिज तेलात असंख्य सूक्ष्मजंतू मिळतात, ही गोष्ट वरील विधानास पुष्टी देते. (३) किरणोत्सर्गी भडीमार : भूकवचातील किरणोत्सर्गामुळे (कण वा किरण बाहेर टाकण्याच्या क्रियेमुळे) कार्बनी द्रव्यात बदल घडण्यास जरूर असणारी ऊर्जा मिळाली असणे शक्य आहे. संतृप्त (ज्यांच्या संरचनेतील एकही रासायनिक बंध मोकळा नाही अशा) वसाम्लांचे किरणोत्सर्गामुळे हायड्रोकार्बनांमध्ये रूपांतर करता येते, या विक्रियेचा वरील विधानास आधार देण्यात येतो. (४) उत्प्रेरकी विक्रिया : उदा., कार्बोनियमाच्या आयनांनी (विद्युत् भारित अणुगटांनी) ओलेफिनांचे पॅराफिनात रूपांतर होण्यास मदत होते.

खनिज तेलामधील काही घटकांच्या अंगी प्रकाशीय वलनाचा गुणधर्म असतो. हा गुणधर्म केवळ वनस्पती किंवा प्राणी यांच्याच प्रक्रियांनी निर्माण झालेल्या काही संयुगांत आढळतो. वनस्पतींच्या हरितद्रव्यापासून (क्लोरोफिलापासून) किंवा प्राण्यांच्या तत्सम रंग द्रव्यापासून तयार झालेली पॉर्फिरिने व इतर संयुगे खनिज तेलात अल्प प्रमाणात असतात. ही संयुगे ऑक्सिजनाचा संपर्क झाला असता लवकर नाश पावतात. यावरून जेथे ऑक्सिजन पोहोचू शकत नव्हता अशा जागी तेल निर्माण झाले असले पाहिजे. उथळ समुद्राच्या तळाशी कित्येक जागी असे खोलगट भाग असतात की, ज्यांच्यातील पाणी निश्चल असून त्याच्यात ऑक्सिजनाची कमतरता असते. अशा खोलगट भागांच्या तळांवर मातीसारख्या सूक्ष्म गाळाचे कण व सागरी जीवांच्या शरीरांचे अवशिष्ट भागही साचत असतात. चिखलात पुरल्या गेलेल्या जैव पदार्थांवर अननिल (हवा किंवा मुक्त ऑक्सिजन नसलेल्या परिस्थितीत जगणाऱ्या) सूक्ष्मजंतूंची क्रिया होते. जैव पदार्थातील ऑक्सिजन ते शोषून घेतात. सूक्ष्मजंतूंच्या क्रियेमुळे मूळच्या जैव पदार्थात अनेक रासायनिक बदल होत राहून अखेरीस त्यांचे हायड्रोकार्बनांत (खनिज तेलात) रूपांतर होते. काही विशिष्ट परिस्थितींत समुद्राच्या तळाशी साचलेल्या चिखलासारख्या गाळातील जैव पदार्थावर सूक्ष्मजंतूंची क्रिया होऊन खनिज तेल तयार होते, हे आता मान्य झाले आहे. मात्र त्या क्रियेचा तपशील कळलेला नाही. तेल तयार होण्याच्या प्रक्रिया अत्यंत मंद असतात व त्या पुऱ्या होण्याला अतिदीर्घ काळ म्हणजे हजारो वर्षे लागतात. म्हणून खनिज तेलाच्या उत्पत्तीच्या दृष्टीने काळ हा घटकही महत्त्वाचा ठरतो.

जैव पदार्थांचे खनिज तेलात रूपांतर करण्यामध्ये वर वर्णन केलेल्या चारांपैकी कोणते कारण जास्त प्रभावी ठरते हे शोधण्यासाठी हेडबर्ग व इतर संशोधकांनी महत्त्वाचे कार्य केले (१९६८). समुद्रात अथवा इतरत्र गाळ साचल्यानंतर त्यात अनेक विक्रिया होतात त्यांना निक्षेपोत्तर विक्रिया म्हणतात. जैव पदार्थांचे खनिज तेलात रूपांतर होणे ही सुद्धा एक निक्षेपोत्तर विक्रिया आहे. अशा विक्रिया सॅन फ्रॅन्सिस्कोची खाडी, कॅस्पियन समुद्र, मेक्सिकोचे आखात यांसारख्या अनेक जागी सध्याही चालू आहेत. याचाच अर्थ या ठिकाणी सध्या खनिज तेल तयार होत आहे असा होतो.

खनिज तेलाच्या उत्पत्तीबद्दल सध्या मान्य असलेल्या विचारसरणीचे सार थोडक्यात पुढीलप्रमाणे देता येईल : (१) कार्बनी द्रव्य हे खनिज तेलाच्या निर्मितीस लागणारा मूळ पदार्थ आहे. (२) तेल क्षपणकारक परिस्थितीत तयार होते. (३) खनिज तेलाची निर्मिती अवसादी खडक तयार होण्याच्या नैसर्गिक प्रक्रियेतून झाली. (४) पुष्कळशा जीवजंतूंच्या आणि वनस्पतींच्यामुळे घडून आलेल्या नैसर्गिक विक्रियांनी हायड्रोकार्बनांची मिश्रणे तयार होतात व ही मिश्रणे खनिज तेलाचे मूळ पदार्थ असतात. (५) अवसादामध्ये घडणाऱ्या निक्षेपोत्तर विक्रिया घडत असताना खनिज तेल तयार झाले. (६) अवसाद पूर्णपणे घट्ट होण्यापूर्वी बहुतेक कच्चे तेल तयार झाले. (७) तेल तयार होण्याच्या प्रक्रियेला सूक्ष्मजंतूंची क्रिया, कवचातील उष्णता, दाब, किरणोत्सर्ग इत्यादींपासून ऊर्जा प्राप्त झाली. (८) खनिज तेलात आढळणाऱ्या हायड्रोकार्बनांची निर्मिती आजही चालू आहे.