Было замечено, что количество углеводородных газов в поверхностных слоях земли меняется в зависимости от сезона. Сезонность многих явлений — верный признак того, что в них принимают участие живые существа. В работу включились микробиологи, и вскоре удалось установить, что виновники таких изменений — микробы. Выяснилось и другое весьма важное обстоятельство. Оказалось, что углеводородные бактерии умеют находить и использовать самые ничтожные количества газа, которые невозможно зарегистрировать при помощи химического анализа.
Дальнейшее изучение закономерностей распределения в подпочвенных горизонтах бактерий, окисляющих газообразные углеводороды, послужило основой для разработки методов микробиологической разведки нефтяных и газовых месторождений. Особенно много в этом направлении сделали советские микробиологи Кузнецов и Могилевский.
Микробиологический анализ грунта или воды при разведке нефти и газа по способу Могилевского несложен. Из ручьев и скважин берутся пробы воды и вносятся в небольшие стаканчики с так называемой минеральной питательной средой Мюнца. Стаканчики помещаются под стеклянный колокол в атмосферу воздуха и метана. После двухнедельного пребывания исследуемых проб в термостате остается определить интенсивность развития бактерий в отдельных пробах и нанести данные на карту. Район, где интенсивность развития индикаторных микроорганизмов выше обычной нормы, следует считать «подозрительным» по нефти или газу.
Применение методов микробиологической разведки с поисковой целью было начато в нашей стране в 1943 году, а к 1953 году обследованная территория составляла более 500 тысяч квадратных километров. В 16 случаях в пределах районов, которые, по данным микробиологической разведки, казались подозрительными, проводилось бурение скважин.
И вот результат. Десять раз микробы точно определили наличие промышленных залежей нефти и газа; еще в трех случаях прогноз микробиологической разведки оказался также верным, но залежи не имели промышленного значения; в трех случаях предсказания микробиологов не сбылись. Однако ни на одной из площадей, где, по данным микробиологической разведки, не следовало производить поиск, при бурении не было обнаружено даже признаков нефти или газа.
Так микробиология вторглась, казалось бы, в святая святых деятельности геологов — разведку полезных ископаемых.
Сейчас становится ясным, что так можно искать не только нефтяные залежи, не исключена и возможность создания метода микробиологической разведки даже цветных металлов. Ведь многие месторождения цветных металлов представлены в виде сульфидных руд, то есть нерастворимых соединений серы с металлами, а значит, им должны сопутствовать и свои специфические виды серобактерий. И действительно, советские микробиологи Краморенко, Призренова и Тебенькова, изучая в 1959 году микрофлору молибденового месторождения Шалгия в Казахстане, нашли серобактерии в отложениях над рудным телом.
Сейчас во Всесоюзном геологическом институте ведутся исследования по созданию метода микробиологического поиска месторождений цветных металлов. Об окончательных результатах говорить рано, но нет сомнения, что пройдет какое-то время, и микробы-разведчики приведут человека к новым кладовым сокровищницы земных недр.
Однако роль помощников при поисках новых залежей ископаемых — это не единственная «должность», которую отводят микробам ученые, разрабатывающие проблемы геологической микробиологии.
Немалое значение приобретает деятельность микроорганизмов и в процессе самой эксплуатации месторождений. Во всяком случае, первые попытки в этом направлении уже сделаны.
Микробы спускаются в скважину
Мы уже как-то говорили, что нет на земле такой среды, где бы не обитали микроорганизмы. Не представляет собою исключения и нефть. Существуют даже гипотезы, что сама нефть имеет биогенное происхождение, то есть является продуктом жизнедеятельности микроорганизмов. Гипотез таких ни много ни мало восемь, и все-таки среди них нет ни одной, которая была бы в достаточной степени обоснована фактическим материалом и выглядела достоверной. Однако несомненно, что в нефтяных месторождениях широко распространены бактерии, способные разрушать нефть с образованием газообразных продуктов.
В 1946 году американский микробиолог Зобелл взял патент на способ, увеличивающий добычу нефти с помощью особых культур бактерий. Лабораторные опыты привели его к заключению, что введение в нефтяную скважину этих микробов даст положительные результаты. Прежде всего выделение бактериями углекислоты расширит поры известковых пород, в которых залегает нефть, и тем самым облегчит ее добычу: увеличению подвижности нефти должны способствовать растворившиеся в ней газы. А самое главное — деятельность бактерий увеличит содержание низкомолекулярных фракций, более простых и легких. Все, казалось бы, хорошо. Лабораторные опыты проведены, соответствующие культуры выделены и размножены в достаточных количествах, патент взят. Однако полевые опыты опровергли все выводы ученого. От деятельности микробов в пробирке до их поведения в природе оказалась дистанция огромного размера.
Не принесли успеха и попытки других исследователей, пробовавших идти тем же путем. Так, нереализованным остался и патент американца Сандерсона (1953 год), изменившего набор бактериальных культур, вводимых в нефтяной пласт.
Однако поиски продолжались.
Советские микробиологи обратили внимание на то, что разложение тормозится из-за нехватки в нефти некоторых продуктов, обеспечивающих активное развитие микробов.
Член-корреспондент Академии наук СССР Сергей Иванович Кузнецов решил в ходе эксперимента подкормить микробов отходами пищевой промышленности.
Полевые опыты проводились на нефтяном промысле в Серноводске. В пласт на глубину около 1000 метров закачали 54 кубических метра микробной культуры и скважину законсервировали на шесть месяцев. Предполагалось, что за это время бактерии, размножившись и использовав введенную вместе с ними подкормку из пищевых отходов, приступят к разрушению серноводской нефти, имеющей, кстати, очень большую вязкость.
И действительно, когда скважину вскрыли, то оказалось, что газа стало больше, давление в пласте увеличилось, повысилась и добыча нефти.
Бактериологический анализ пластовой воды показал, что в ней присутствуют бактерии, которые были введены в начале опыта. И они работали! Содержание азота стало 35 процентов по сравнению с исходными 20 процентами, количество углекислоты и пропана повысилось, а метана стало меньше. Однако общая вязкость нефти возросла.
Да, бактерии работали, но они делали не то, чего от них ожидал человек: вместо разрушения тяжелых фракций нефти микробы ускоряли распад ее легких компонентов.
И все-таки это был успех! Исследования продолжаются. И хотя привлечение микробов к эксплуатации нефтяных залежей — вопрос будущего, нет сомнения, что оно не за горами.
Первенец биометаллургии
У него пышное имя, напоминающее титул средневекового гранда и указывающее на родство с «весьма знатными семействами».
Зовут его Тиобациллус феррооксиданс. «Тиобациллус» говорит о принадлежности к серобактериям, как мы видели, весьма активно изменяющим соединения серы. «Феррооксиданс» означает «окисляющий железо» и свидетельствует о способности получать энергию, как автотрофная железобактерия.
Для науки он родился сравнительно недавно, в 1947 году. И микробиологи потом долго удивлялись, как могло случиться, что эта бактерия раньше не попала под их микроскопы и не знала своего места в соответствующих каталогах. Удивлялись потому, что теперь этот микроорганизм обнаруживали во все новых и новых местах — в США и Дании, в Шотландии и Мексике, у нас в Донбассе и на Урале.
Широкое распространение Тиобациллус феррооксиданс в угле и сульфидных рудах послужило основанием для изучения его окислительной деятельности непосредственно в месторождениях. И вот к чему это привело.
Мексика. Медные рудники, месторождение Кананеа. Здесь за несколько лет около шахт скопились огромные отвалы пустой отработанной породы, 40 миллионов тонн. Однако, строго говоря, считать породу в отвалах совершенно пустой неверно, так как в ней содержится 0,2 процента меди.
Это мало, очень мало. А способы извлечения меди слишком дороги, чтобы стоило возиться со столь нищей рудой. И все-таки 40 миллионов тонн даже такой руды — это 80 тысяч тонн одного из самых дорогих металлов. Решено было пропустить через отвалы воду. Прошедшая сквозь породу вода собиралась в подземные резервуары, а там путем простой обменной реакции с железом из нее выделялась чистая медь. Так ежемесячно стали получать дополнительно 650 тонн меди.
