ЧИ БУДЕ ПЕРЕВОРОТ В ЕНЕРГЕТИЦІ?

Гладкий і холодний на дотик метангідратовий лід горить жовто-синім полум'ям.

Шматок метангідратів виглядає як бруднуватий лід.

Будова конгломерату - "ящикової" псевдомолекули, що складається з кристалічної решітки льоду і молекули метану, що знаходиться в порожнині цієї решітки.

Оазис на глибині океану: там, де йде виділення метану, благоденствують молюски.

Пояс метангідратових льодів, охоплюючи всі океани, розташовується на схилах континентів і шельфах.

Діаграма показує вміст органічного вуглецю (в мільярдах тонн) в запасах метангідратів і в традиційних резервах палива, використовуваного людством. Як бачимо, метангідратів лідирує.

<

>

Клімат Землі загрожує нам ще більшими неприємностями, ніж ті, що він підніс в останні роки - катастрофічні урагани, бурхливі повені і жорстокі посухи. Вони, ймовірно, будуть повторюватися все частіше і стануть більш руйнівними. Тривати це буде до тих пір, поки людство не знайде спосіб значно зменшити вміст парникових газів - вуглекислоти і метану, що розігрівають атмосферу.

Драматична ситуація, що викликається капризами клімату, не новиною на нашій планеті, хоча раніше вона виникала не з вини людини. Задовго до того, як на Землі з'явилися люди, 55 мільйонів років тому, в епоху палеоцену (10 мільйонів років після зникнення динозаврів), середня температура на земній кулі раптом піднялася на 4 градуси. Керни, отримані при бурінні породи до шарів, що відповідають даному віку, показують, що тоді в морях сталася масова загибель мікроорганізмів. Правда, на суші завдяки потеплінню перемогли предки нинішніх ссавців, і вони остаточно звели плазунів на нижчі щаблі в світі тварин.

Тільки недавно вчені, здається, зрозуміли причину теплового шоку, який стався в ті давні часи. В результаті якоїсь геологічної катастрофи з океанів вивільнилися величезні маси метангідратів а (інакше його називають метановим льодом). Наука доводить це багатьма фактами. Наприклад, до складу вапняних оболонок морських тварин і зубів ссавців тих часів входить дуже багато "легкого" вуглецю С12, який характерний для метангідратів. Дослідники переконані: в ті часи метан відразу в багатьох місцях піднявся з океанських глибин. По дорозі через воду велика його частина окислилась до двоокису вуглецю. Обидва гази увійшли в атмосферу і змусили її розігріватися.

ЩО ТАКЕ метангідратів?

Метангідратів зосереджений на глибинах від 500 до 2000 метрів біля берегів деяких континентів, як правило, на крутих підводних схилах. Є він і в Арктиці, що доводять сейсмічні вимірювання і буріння. Метангідратів, що складається з води і метану, виглядає як звичайний сірий крихкий лід. На дотик - гладкий і холодний. Запаху не має, згорає жовтувато-синім полум'ям.

Метановий лід відноситься до так званих "скриньковим" з'єднанням. У них не виникає хімічних зв'язків між молекулами метану і молекулами води. Метан розміщується в пустотах кристалічної решітки водяного льоду. Одиничний конгломерат з води і газу складають 32 молекули води і 8 молекул метану. В одному кубічному метрі цієї речовини міститься значно більше енергії, ніж в кубометрі природного газу (при тому самому тиску). У льодових порожнинах одного кубометра метангідратів "заховано" 164 кубометра газу. Молекули льоду, а значить, і метану укладені тут більш щільно.

Метангідратів утворюється під тиском на глибині в порах донних опадів, куди зверху постійно надходить органічний матеріал і де панують низькі температури і досить високий тиск. Сировиною для нього служать відмерлі рослини і останки живих істот, що поставляються річками і самої океанської водою. Іл, що містить вуглець, швидко покривається іншими опадами, і доступ до нього аеробних бактерій, які б перетворили біологічний осад в двоокис вуглецю, припиняється. Однак захищений від цих мікроорга низмов мул стає поживою для гнильних бактерій. Результат їх діяльності - метан.

Скупчення метангідратів утворюються і там, де океанічна кора стикається з континентальної і йде під неї в магму. Ця обставина лягло в основу іншої точки зору на походження метангідратів. З російських джерел почерпнута гіпотеза, яка розглядає не тільки органічне, а й космічне походження метану.

Вже сказано, що родовища метанового льоду зустрічаються і в тих місцях океану, де океанське дно пірнає під континент. Там між двома гігантськими труться одна об одну плитами є щілини, через них метан може вивільнятися з магми в глибини океану. Цей газ був присутній в протопланетному хмарі, з якого народилося сімейство планет, що обертаються нині навколо нашого Сонця. У протопланетном хмарі, коли запалилося центральне світило, відбувалася диференціація речовини: легкі молекули - гази - тиском сонячного світла відганяють на периферію хмари (не випадково далекі планети-гіганти - Юпітер і Сатурн - містять в своїх атмосферах величезні маси аміаку і метану). Земля, як найближча до Сонця планета, склалася з більш важких елементів, але чимало метану їй все-таки перепало. Тепер він виділяється з магми, коли тиск в щілини між материковими і океанськими плитами падає.

Обидва припущення про природу метану - органічної, тобто вторинної, і космічної - можуть мирно співіснувати.

Глибини океану - сумна картина: на дні - нечисленні морські огірки, п'ятипроменеві зірки і сотні всіляких черв'яків. Всі вони чекають падаючих зверху залишків їжі тварин, які посіли сонячні поверхи океану. Рідкісні риби-хижаки пропливають тут в надії заманити жертву своїми світяться очі або плямами. Вічна темрява не дає ніяких шансів для життя рослин.

Але деякі місця океанських глибин подібні оазисів в пустелі - тут на дні життя розквітає. Тут благоденствують раковини молюсків, по дну повзають щетинистий і трубчасті черви, а саме дно сочиться нафтою і метаном. Це ознака того, що десь неподалік знаходяться поклади метангідратів. Спільно вуглеводи і сірководень замінюють для жителів глибин світло і кисень. Бактерії цілком задоволені умовами життя, наданими океанським дном. Свою енергію вони витрачають на те, щоб виробляти вуглеводи, які служать їжею багатьом мешканцям цього оазису.

У 1997 році в Мексиканській затоці був відкритий екзотичний мешканець - рожевий щетинистий черв'як. Сотні цих тварюк кишіли на брилі осадових порід. Вони робили собі отвори в тих місцях, де відкривався доступ до метангідратів. Очевидно, тут зустрівся новий випадок симбіозу - черв'яків з метановими бактеріями, але деталі їх взаємодії ще не вивчені. Живий світ, що живе в місцях виділення цього газу, залишається майже непізнаним.

НАЙБІЛЬШЕ СХОВИЩЕ ВУГЛЕЦЮ

За приблизними оцінками, на планеті зберігається від 10 000 до 15 000 гігатонн вуглецю у вигляді метангідратів (гіга дорівнює 1 мільярду). Ці числа виведені на основі буріння і сейсмічної розвідки в обмеженому числі місць, але отримані дані поширені на ті області океану, де є подібні умови.

Величезна маса захованого на глибині метану перекриває по запасах всі відомі на Землі природні джерела енергії. Питання тільки в тому, як скористатися цим багатством, не порушивши природної рівноваги і не викликавши катастрофи, подібної до тієї, що трапилася в плеоцене. Але і природні катастрофи здатні дестабілізувати підводні сховища метангідратів. Правда, в даний час з потеплінням клімату рівень океану зростає, сприяючи тим самим зростанню тиску в нижніх шарах, а отже, стабільності метангідратів.

Але якщо океанські течії змінять свої маршрути і теплі води проникнуть в нижні шари океанів, особливо в Північній Атлантиці, то метановий лід розтане і звільнений газ піде в атмосферу. Можливо, саме така подія пояснює потепління, що трапилося в плеоцене. В ту епоху в порівняно короткий час було викинуто в атмосферу, за розрахунками вчених, приблизно 1000 гігатонн вуглецю. Надлишок вуглецю, який потрапив тоді в атмосферу, затримався в ній близько 140 тисяч років, поки не був поглинений океанської водою і не пішов на побудову раковин багатьох морських тварин, а потім став частиною донних вапняних відкладень.

За останні 1000 років людство за допомогою своїх печей і двигунів викинуло в газову оболонку Землі значно більше вуглецю - від 2000 до 4000 гігатонн. (Числа, які стосуються плеоцену, отримані Ріхардом Норрісом з Океанографічного інституту і Урсулою Роль з Бременського університету за допомогою аналізу кернів, здобутих в Західній Атлантиці близько Флориди.)

Але спусковим курком для розв'язання катастрофи в наш час можуть стати, на думку одного зі співробітників Оксфордського університету, і природні катаклізми: велике землетрус або вулканічні вибухи, в результаті яких знизиться тиск (воно стане менше 50 атмосфер) і підніметься температура в зоні океану, що містить метангідратів. Дослідники припускають, що під шаром метанового льоду - його товщина сягає часом декількох сотень метрів - знаходиться чистий метан. Струс земних надр може випустити цей запечатаний газ наверх через тріщини в крижаному шарі.

БЕРМУДСЬКИЙ ТРИКУТНИК - МЕТАНГІДРАТОВАЯ ПАСТКА?

На думку деяких дослідників, в Світовому океані існують місця, де час від часу відбувається вихід метану. Чи не тому вона пов'язані ті чи інші катастрофи в тих місцях?

5 грудня 1945 року п'ять американських літаків-торпедоносців здійснювали тренувальний політ. Вони стартували з аеродромів Флориди в напрямку Багамських островів. За півгодини до наміченої за планом посадки командний пункт отримав радіограму: командир ескадрильї повідомляв про незрозумілу поведінку компаса і про загадкові світіння в атмосфері. І тут же радіозв'язок обірвався. На пошуки ескадрильї був посланий шостий літак, він теж зник. Ні машини, ні люди так і не були знайдені.

Виникло безліч фантастичних пояснень причин зникнення літаків, а згодом і судів біля берегів Флориди. Серед тих, хто шукав реальну причину незрозумілих катастроф, був геохімік Ріхард Мак-Івер. Він вважає, що відбулися зрушення метанового льоду, що покриває дно в трикутнику Флорида, Пуерто-Ріко і Бермуди, газ, до того запечатаний шаром метанового льоду, вивільнився і величезним міхуром злетів через воду в атмосферу. Потрапили в цей потік літаки впали в море.

Деякі докази можливості такої катастрофи принесло буріння в Західній Атлантиці. У піднятому керна після шару, де ще присутні мікроорганізми, лежить двадцятисантиметровий шар мулу. Дослідивши його, група вчених з університету Нью-Джерсі переконалася, що цей мул, як вони і очікували, містить метановий лід. Велика хвиля типу цунамі цілком могла викликати обвалення його підводного схилу.

Дійсно, умови біля берегів Флориди не виключають можливості зсуву полів метанового льоду. Коли такий шар починає рухатися, розмірковують вчені, газ з-під лежачих на ньому шарів льоду цілком може вивільнятися і у вигляді гігантських бульбашок підійматися на поверхню океану. Якщо корабель, літак потраплять в такий міхур, вони, втративши підйомну силу, негайно підуть під воду.

Теоретично це можливо, погоджується дослідник з США Вільям Діллон, керівник дослідження газових гідратів при американської геологічної служби. Але, на його думку, немає ніяких даних, які б говорили про те, що в Бермудському трикутнику суду гинуть частіше, ніж в інших місцях океану.

Іншої позиції дотримується Томас Гольд, геолог з Корнельського університету. Він вважає, що викиди газу з дна океану відповідальні принаймні за чотири великі аварії літаків у північноамериканських берегів. Ці катастрофи сталися недавно, і вони у багатьох, ймовірно, в пам'яті. Останньою було падіння в море після старту літака компанії "Egupt Air-990" в жовтні 1999 року. На думку експерта, тут немає "нормально го" пояснення трагедії. Як і у всіх чотирьох випадках, причиною падіння мало служити щось раптове, що не дало пілотам можливості передати по радіо будь-які деталі виниклих неполадок. Хоча пояснення Т. Гольда і зустріли заперечення, його гіпотезу підтримують ще два факти: перед падінням двох великих машин в повітрі було видно газове полум'я і вогняні кулі. Може бути, це горів метан, що вирвався з води? Гольд передбачає, що причиною тому послужило легке землетрус в прибережній зоні дна.

Деякі вчені скептично ставляться до гіпотези про те, що вільний метан здатний пробити товстий шар метанового льоду. Однак є свідчення, що підтверджують вихід метану на поверхню океану, правда, не в таких великих кількостях.

Німецьке експедиційне судно "Полярна зірка" побувало в арктичному морі Лаптєвих і біля берегів Пакистану - в акваторіях, де зосереджені рясні скупчення метангідратів. Воно знайшло на дні кратери діаметром 20 і 30 метрів. Ці поглиблення, на думку дослідників, - сліди вибуху газу. У 1997 році російський дослідне судно "Сергій Вавилов" біля узбережжя Нової Землі виявилося в районі, де з моря відбувалося інтенсивне виділення газів. У минулому році німецькі та американські дослідники вперше спостерігали, як бульбашки метану виривалися з води. Це було в Тихому океані біля берегів штату Орегон. При зануренні дослідницької човна "Alvin" вчені вперше побачили на дні отвори, з яких випливали газові бульбашки. Вони, за їх припущенням, виходили з скупчень під шарами метангідратів (його товщина тут дорівнює 140 метрам - згідно сейсмічних вимірювань). Вчені вважають, що метан стрімко проривається через шар метангідратів: при повільному просочуванні він застрявав б в цьому шарі і замерзав.

ПЕРШІ СПРОБИ "ПРИРУЧИТИ" метангідратів

Ще немає повного опису всіх запасів метангідратів, але, навіть користуючись приблизними оцінками того, що накопичила Природа у океанських узбереж, вчені оцінюють його енергетичний еквівалент як найбільший резерв енергії, доступний людству, якщо мати на увазі горючі копалини. Тільки вуглецю в метангідратів міститься більше, ніж в звичних кам'яному вугіллі, торфі, сланцях і нафти, разом узятих (але в це з'єднання входить ще і водень - найцінніший енергоносій). Можна з упевненістю вважати, що цього виду палива людству вистачить ще на багато тисячоліть. Питання: як до нього підібратися?

У березні 1998 року канадсько-японська геологічна експедиція на північному заході Канади провела випробувальний буріння в дельті річки Мак-Кензі. На глибині 900 метрів бур наткнувся на метангідратів. На поверхню було витягнуто керн - крихкий лід сірого кольору, пронизаний мулом. Коли вчені поклали шматок керна в миску з водою, почалося бурхливе, подібно кипіння, вивільнення газу з крижаного полону. Але ця енергія дуже мала в порівнянні з тією, яку ми отримуємо при хімічній взаємодії метану з киснем, тобто при горінні.

Сьогодні ще немає налагодженої промислової технології видобутку нового палива. Висловлюється, наприклад, ідея, що при видобутку слід передбачити дах над шаром цієї речовини або полог, щоб випадкове підвищення температури або дія хімічних речовин не вивільнили газ з-під шару льоду. Навіть буріння метанового льоду - ризикована операція: воно може знизити тиск, отже, породити нестабільність ність. Поки неясні такі вихідні дані, як концентрація метангідратів в донних відкладеннях. Оскільки він зберігає стабільність тільки при високому тиску, то ще ні разу не вдалося підняти на борт досить велику брилу конгломерату.

Сполучені Штати, згідно перспективним розрахунками, до 2020 року повинні на 30 відсотків збільшити споживання енергії. готові вони використовувати і метангідратів: конгрес країни відпустив 42 мільйони доларів на Разрабтка програми включення нового палива в енергетичний баланс країни. Намічено, що до 2015 року почнеться експлуатація прибережних сховищ метангідратів.

Особливо зацікавлена ​​в освоєнні видобутку метангідратів Японія - країна, позбавлена ​​нафтових родовищ, але вона володіє великими запасами метану, захованого в океані - в льоду і під ним. Японці прагнуть освоїти комерційну, промисловий видобуток. Буріння, розпочате в канадській Арктиці, в дельті річки Мак-Кензі, в умовах вічної мерзлоти, показало, що в керна пори льоду заповнені газом на 80 відсотків. Японці висувають свої бурові в бік Тихого океану, і випробовується різні технології. Однак про результати їх експериментальних робіт поки нічого не відомо.

Геолог Скотт Даллімор вважає, що буріння в Сибіру і на Алясці показало концентрацію газу в порах льоду від 50 до 80 відсотків. Морські поклади крупніше, але там заповнюваність газом дорівнює приблизно 20 відсоткам. У Росії, в Сибіру, ​​є родовище Meссоякское - газове поле, розташоване у вічній мерзлоті, - єдине місце в світі, де звичайний природний газ отримують з метангідратів. Це досить потужне родовище, яке працює вже багато років. Від нього прокладений трубопровід до Норильська - великого споживача енергії.

На відміну від вічної мерзлоти океанські запаси, як уже говорилося, складаються з двох частин: метанового льоду, шар якого може перевищувати кілька сотень метрів, і утримуваного цим шаром газового міхура. Зараз йде пошук промислової технології, яка дозволила б надзвичайно акуратно добувати газ, не допускаючи його витоків в атмосферу: метан і вуглекислий газ відповідальні за парниковий ефект - його вплив в останні роки ми всі відчули. Якщо на додаток до СО2 в атмосферу вирвуться ще й великі маси метану, то зростаюча її температура може відродити ті умови, в яких опинилася наша планета 55 мільйонів років тому, про що говорилося на початку статті.

Не годиться також і звичайне спалювання знову видобуваються гігантських обсягів метану - ми отримаємо в великій кількості все той же СО2, парниковий газ, тобто і в цьому випадку атмосфера почне енергійніше розігрівати ся. Природа припасла для людини щедрий подарунок, але вченим і інженерам доведеться гарненько поламати голови, перш ніж вдасться скористатися її милістю.
За матеріалами зарубіжної
і російської преси.