Геология
Энергия вулканов
Люди с тревогой думают о времени, когда окончательно иссякнут нефтегазовые ресурсы. Где же выход? Спасение - в поиске источников новых видов топлива. Об одном из них в журнале "Земля и Вселенная" рассказал доктор геолого-минералогических наук Александр Портнов - использовании водорода*, чьи грандиозные запасы сосредоточены в основаниях вулканов. Активная его роль в рождении извержений - разгадка выброса в атмосферу колоссальной энергии.
Вообще-то водород - наиболее распространенный элемент космоса, составляет (в виде плазмы) более 70% Солнца и звезд; на Земле входит в состав воды, живых организмов, каменного угля, нефти. И никто даже не задумывался, что он может где-то концентрироваться в недрах нашей планеты. Правда, было подмечено - этот газ выделяется из глубин океанов.
В 70-е годы XX в. отечественные ученые выдвинули гипотезу о наличии у Земли не железо-никелевого ядра, как формулируется в теоретических постулатах, а "гидратного", содержащего сверхсжатый водород, оставшийся якобы от протопланетной стадии формирования Земли. Однако состояние, в котором находится это ядро, неизвестно. Возможно, в нем существует протонная плазма, при обрастании которой электронами возникают атомы водорода и выделяется огромная тепловая энергия. Не исключено, что образующийся газ насыщает железо-никелевое ядро - такое явление называется окклюзией; наиболее оно заметно в платине и палладии, способных впитывать в себя водород. Напомним: слияние двух атомов последнего также сопровождается выделением большого количества тепла и может объяснить высокую температуру глубинных геологических процессов (разумеется, помимо энергии радиоактивного распада).
Но каким же образом вулканы "выдыхают" водород?
Геологи давно обратили внимание на выходы газа из земли через глубинные разломы литосферы. Обычно его определяли, улавливая выделение гелия. Известно, что существуют два изотопа этого элемента: гелий-3 (сохранившийся со времени образования нашей планеты) и гелий-4 (радиогенный, возникающий при распаде ядер урана и тория). Первый сосредоточивается в зонах разломов на границе континентальной и океанической коры: здесь его содержание в тысячу раз выше, чем в породах материков. Данное смещение изотопных отношений свидетельствует о том, что газ идет из мантии. Вместе с гелием оттуда поднимается и где-то скапливается водород. Потенциальные его месторождения - вулканы. Разумеется, специалисты давно изучают их породы, но мало внимания обращают на газы, сопровождающие извержения. И это понятно, поскольку они раскалены, отобрать и проанализировать их трудно, застывший же силикатный расплав - проще. А между тем объем водорода, вырывающийся из вулкана, в сотни, тысячи раз превышает массу исторгнутой из кратера лавы.
Схема образования цепочки вулканов при поднятии к поверхности нашей планеты фронта глубинного тепла (пунктирная линия) над очагами расплавленной земной коры, в которых возможно скопление поступающего из недр водорода.
Далее. Крайне высокая его активность - причина того, что он не выделяется в чистом виде. В то же время исследования геологов показывают: под вулканами находятся грандиозные "столбы" нагретого пластического вещества диаметром в десятки и сотни километров; они поднимаются к поверхности планеты с границы жидкого ядра и нижней мантии. Верхняя же, как установили ученые, - твердая, ее температура достигает 600°С. Откуда же берется огромная энергия, создающая кипящий силикатный расплав? На этот вопрос точного ответа пока нет. Выделяющие тепло элементы (уран и торий) в мантии практически отсутствуют - их там в тысячи раз меньше, чем в земной коре. Видимо, плавление пород связано с мощными экзотермическими реакциями окисления водорода, происходящими в жерлах кратеров.
Огромная энергия данного процесса катастрофически нагревает атмосферу, наводит ужас на людей. Известны трагедии Геркуланума, Помпеи и Стабии, уничтоженных Везувием (юг Италии) в 79 г. н.э. В 1883 г. произошел чудовищный взрыв вулкана Кракатау (в проливе между Явой и Суматрой), когда в воздух было поднято 18 км3 горных пород. Вместе с ними взлетели тысячи кубических километров газа, заполнившие атмосферу и тем заметно ослабившие поступление на Землю солнечной радиации. Город Сен-Пьер на острове Мартиника мгновенно сгорел вместе с 30 тыс. жителей при извержении вулкана Мон-Пеле в 1902 г.
А ведь для того, чтобы использовать эту грандиозную планетарную энергию в интересах человечества, нужно всего лишь пробурить наклонные скважины под основание регулярно действующих вулканов и присоединить трубы к существующей системе газопроводов. Задача в том, чтобы перехватить неокисленный мантийный газ до его взрыва.
В нашей стране есть уникальный опыт проходки сверхглубоких скважин: в 1990-х годах на Кольском полуострове установлен мировой рекорд - более 12, 26 км; он до сих пор не перекрыт**, хотя для проникновения в вулканы такие глубины не нужны. Тем не менее техническое решение здесь непростое из-за агрессивности находящихся там газов, высоких температур и давлений. Однако каждое извержение - это 4 - 6 млрд. м3 ценнейшего сырья с преобладанием водорода. Сгорающее сегодня без пользы, оно может стать основой экологически чистой энергетики будущего.
* См.: С. Г. Муратов. На пороге термоядерной эры. - Наука в России, 2004, N 3; Б. А. Соколов, С. А. Худяков. Топливо будущего. - Наука в России, 2004, N 5; В. Д. Русанов. Водород и водородная энергетика. - Наука в России, 2004, N 6; Альтернатива традиционной энергетике. - Наука в России, 2005, N 5
** См.: В. И. Казанский и др. Кольская сверхглубокая: перспективы новых открытий. - Наука в России, 1998, N 5.
Портнов А. М., Ярослав РЕНЬКАС
Авторские права на статьи принадлежат их авторам