ОСНОВНОЕ МЕНЮ

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК

ИСТОРИЯ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

ИНФОРМАТИКА

Дело о газе

 

Многие ученые в настоящее время полагают, что существует еще одна положительная обратная связь – механизм, и в наши дни играющий важную роль, который мог усугубить процесс стремительного потепления. Метан, простейшее углеводородное топливо, которое мы используем в домах в качестве бытового газа, является также и парниковым газом, причем таким, который гораздо эффективнее, чем углекислый газ, запирает солнечную энергию на Земле. Миллиарды лет метан накапливался в отложениях на дне океана, возможно, за счет двух противоположных механизмов. Первый достаточно хорошо изучен и потому не вызывает возражений, он представляет собой естественный метаболизм микроорганизмов, в ходе которого высвобождается метан. Эти производители метана благоденствуют в бескислородной среде придонных отложений, рядом с которыми и содержатся основные известные запасы метана, так что главные месторождения природного газа, как представляется, возникли в результате жизнедеятельности микроорганизмов.

Недавние исследования выявили еще один возможный источник метана на большей глубине – источник, вообще не относящийся к биологическим процессам. Некоторые исследователи предположили, что в глубоких слоях коры и верхних слоях мантии, на глубине многих сотен километров, где преобладают экстремальные температуры и высокое давление, вода и углекислый газ могут вступать в реакцию с обычными железосодержащими минералами, в результате чего образуется метан. С целью воспроизвести эти реакции были проведены опыты с использованием высокой температуры и давления. Часто ссылаются на исследование, проведенное в Геофизической лаборатории Института Карнеги в 2004 г. молодым ученым Генри Скоттом, который смешал с водой два распространенных в коре минерала: кальцит (карбонат кальция – углеродосодержащий известняк) и окись железа. Скотт поместил эту смесь в алмазную камеру высокого давления и нагрел с помощью лазера до температуры свыше 1000 °С – именно такие экстремальные условия присущи верхним слоям мантии. Напомню, что преимущество алмазной камеры заключается в ее прозрачности, благодаря которой исследователь может наблюдать за тем, что происходит с образцом. Генри Скотт наблюдал за тем, как в камере образуются пузырьки метана. Водород в составе воды вступил в реакцию с углеродом из кальцита, в результате чего образовался природный газ. Многие подобные опыты, проведенные в России, Японии и Канаде, выявили аналогичный синтез углеводородов в условиях, подобных тем, что существуют в недрах Земли.

Эти эксперименты важны также для представления о глобальном потеплении в эпоху неопротерозоя, поскольку именно метан мог сыграть тогда важную роль в формировании положительной обратной связи. Большая часть метана, накопившаяся в придонных зонах океана, содержится в удивительном соединении, называемом газовым гидратом, – похожей на кристаллики льда смеси воды и газа, которая обнаруживается в обнажениях на континентальном склоне в океанах. (Застывший метановый лед на самом деле горит очень ярким пламенем – это можно увидеть на видеороликах в Интернете.) Огромные запасы метана – по некоторым оценкам, во много раз превышающие совокупный объем природного газа в известных месторождениях – заключены в этих метановых льдах, которые образуются, когда газ, выходящий из земных недр, взаимодействует с холодной морской водой. Значительные запасы метанового льда содержатся в арктической вечной мерзлоте – в почвах Сибири, Северной Канады и других регионов, которые в течение тысячелетий пребывают в замороженном состоянии.

Сильная положительная климатическая обратная связь могла образоваться, когда хотя бы немного прогрелась вода в океане, что вызвало таяние мелководных залежей газового гидрата и соответственно обильный выброс газообразного метана в атмосферу. Метан значительно усиливает парниковый эффект, отчего океан нагревается еще быстрее. Современные ученые говорят о катастрофическом выбросе придонного метана в атмосферу во времена неопротерозоя как об условии ускорения глобального потепления, когда Земля от ледяной стужи перешла к жаре в течение всего каких-то десятилетий.

Такой неопротерозойский сценарий сильно зависит от основного источника метана. Если большую часть природного газа в океане производят микроорганизмы, то образование газового гидрата наверняка замедлялось во времена оледенения, и в таком случае метан вряд ли играл бы существенную роль в глобальном потеплении. Если же значительный объем метана поднимается к поверхности от раскаленных, испытывающих высокое давление слоев мантии, тогда запасы твердого метана постоянно пополнялись даже во время глобального похолодания и не зависели от жизнедеятельности микроорганизмов, запуская грандиозную обратную связь. Так что же является источником метана – земные недра, шельфовые микроорганизмы или и то и другое вместе?

Вопрос, какая из теорий происхождения метана верна, может показаться непринципиальным, однако он вызывает давнюю, иногда острую международную полемику в нефтегазовой отрасли. Нефть образуется в основном из молекул углеводородов, среди которых метан является самым простым и наиболее распространенным. Принято считать, что все естественные процессы образования метана играют определенную роль и в формировании нефти.

Одну из этих точек зрения поддерживает русско-украинская школа, основанная в середине XIX в. известным русским ученым-химиком Дмитрием Менделеевым, разработавшим универсальную периодическую таблицу элементов. Менделеев доказывал небиогенное происхождение нефти еще до того, как были проведены эксперименты, подтвердившие его идеи. «Следует обратить внимание, – писал он, – на тот знаменательный факт, что нефть зародилась в недрах Земли, а потому именно там и следует искать ее источники». Во второй половине XX в. идеи Менделеева получили второе рождение в России и Украине, и они возвестили процветание российской нефтегазовой отрасли. Некоторые геохимики в России до сих пор отстаивают точку зрения, что практически вся нефть и природный газ имеют глубинные неорганические источники. По их мнению, многие нефтяные месторождения являются возобновляемыми ресурсами, которые постоянно пополняются из гигантских резервуаров, расположенных в глубине мантии.

Это мнение представляется научной ересью для большинства американских нефтяников-геологов, которые ссылаются на внушительный перечень доказательств, подтверждающих исключительно органическое происхождение нефти: нефть обнаруживается лишь в осадочных слоях, где некогда бурно развивалась жизнь; нефть содержит множество молекулярных признаков ее органической природы; изотопный состав нефти очень похож на биологический; микроэлементы, входящие в ее состав, также указывают на биогенез. Большинство американских нефтяников не сомневаются: практически вся нефть и природный газ имеют органическое происхождение.

Эта полемика, десятилетиями подогреваемая русско-американским соперничеством, вновь оживилась в Северной Америке под влиянием блестящего австрийского астрофизика, задиристого и честолюбивого Томаса (Томми) Голда, преподававшего в Корнеллском университете до своей безвременной кончины в 2004 г. Главная заявка Голда на научное признание, по крайней мере в рамках избранной специальности – астрофизики, состояла в открытии того, что равномерные радиоимпульсы из глубокого космоса, так называемые пульсары, на самом деле представляют собой стремительно вращающиеся нейтронные звезды. (Одно время некоторые астрономы считали, что эти радиосигналы исходят от отдаленных инопланетных цивилизаций, отсюда и астрономическое обозначение первых пульсаров – LGM, аббревиатура от Little Green Men.)

Хотя Голд интересовался многими научными проблемами, от психологии слуха до состава пыли, покрывающей поверхность Луны, его самым значительным достижением, помимо астрофизики, стала поддержка идеи неорганического происхождения нефти и природного газа. Он доказывал, что нефть кажется органическим веществом просто потому, что колонии микроорганизмов – «глубинная биосфера» – используют неорганические углеводороды в качестве питания. Таким образом, микроорганизмы накладывают на неорганические углеводороды свой биохимический отпечаток – гопаны, липиды и т. п. На основе этой гипотезы Голд рекомендовал искать углеводороды в непривычных средах вроде вулканических и метаморфических пород. Он даже убедил одну шведскую фирму пробурить пробную скважину в таких твердых породах, и этот проект дал любопытные, хотя и сомнительные, результаты (а несчастным инвесторам стоил кучи денег).

Если внимательно прислушаться к обеим сторонам, становится очевидно, что ответ на вопрос о происхождении углеводородов далеко неоднозначен. Томми Голд был бесконечно любознателен и страстно искал ответы. Незадолго до своей безвременной кончины он посетил нашу лабораторию, прочитал лекцию о глубинной биосфере и обсудил возможность сотрудничества: постановки экспериментов, которые могли бы помочь в решении этого вопроса. Спорная проблема происхождения метана до сих пор не разрешена, хотя это не означает, что она неразрешима. Для выяснения природы глубинного углерода необходимо международное сотрудничество.

Поиск

ФИЗИКА

ХИМИЯ

Поделиться

Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru