在地球深部的地壳中，存在着一个活跃的微生物世界，即深层生物圈。这些微生物的生存依赖于特定的有机化合物。这些有机物从何而来，尤其与石油等烃类资源的形成有何关联，是科学界探索的重要问题。美国亚利桑那州立大学的一支跨学科研究团队正在采用综合性的方法，探究深层生物圈中有机化合物的非生物来源，这一研究与理解石油的生成过程密切相关。研究生克里斯托弗·格莱恩与助理教授希拉里·哈特内特合作组装测试设备。格莱恩目前是参与这项研究的唯一学生，但团队预计会有更多学生参与该项目的实验/分析和热力学/机理方面的工作。

碳循环的完整图景需要包含地壳深部等极端环境。当有机质被埋藏并进入高温高压的深部环境后，其化学性质会发生显著变化，一部分可能变得难以被微生物利用，而另一部分则可能通过特定的地球化学反应转化为可用的形式，甚至可能参与石油前体的形成。该研究团队的核心假设在于，深部的高温高压水环境本身可能就是一种有效的反应介质，能够在没有生物直接参与的情况下，促进简单有机物向更复杂形式的转化。

团队成员、助理教授希拉里·哈特内特解释了其研究思路：“证据表明，高压热水——也就是我们在地下环境中会遇到的那种条件——实际上是促进有机反应的极佳溶剂。如果条件合适，这些反应或许可以在没有生物参与的情况下发生。” 这一过程对于理解某些油气资源的形成机制可能提供新的视角。

在获得美国国家科学基金会的资助后，该团队通过模拟深部地质条件的高温高压实验来验证其理论。实验将水、简单碳化合物(如二氧化碳)与沉积岩中常见的矿物置于特制反应器中，在高达300摄氏度及250个大气压的条件下进行反应。团队成员约翰·霍洛威教授负责相关实验，他表示：“样品在相当于海底2500米或更深的温压条件下保存数小时至数周，然后我们对产物进行分析。”

研究的直接目标之一是确认实验室模拟合成的有机物是否与深部地下自然存在的有机物相似。哈特内特指出：“我们需要弄清楚，我们在实验室里合成的化合物混合物是否与深层地下发现的有机化合物相似。如果相似，那么它们或许就是这样形成的——仅仅是岩石、热水和简单的碳化合物。” 这一认识将深化对深部碳循环及石油生成早期阶段的理解。

这项关于深层生物圈有机物来源的基础研究，对石油勘探等领域具有潜在意义。团队成员琳达·威廉姆斯副研究教授表示：“通过了解深层生物圈中的有机合成反应，我们或许能够找到更好的有机和无机示踪剂，以帮助寻找石油资源，并以更环保的方式回收石油。” 此外，该研究对于认识地球早期生命环境以及开发环境友好的“绿色”化学工艺也提供了新的科学线索。

石油开采与贸易