Водородное дыхание Земли

«Все процессы на Земле нужно рассматривать нанизанными на ось водородной дегазации»

Н.В. Ларин

Соавтором статьи является Сергей Калугин, выпускник МИСиС и единомышленник. Надеюсь, наше плодотворное сотрудничество приведет к удивительным открытиям и интересным для любознательных читателей статьям.

Водородный баланс планеты

В земной атмосфере находится около 2.5 млрд. тонн водорода, который улетучивается в космос по 95 тысяч тонн в год [1]. Источником восполнения «космических потерь» является водородная дегазация Земли в различных проявлениях.

Еще академик Вернадский считал: «Наши представления о термодинамических и химических условиях глубин нашей планеты заставляют нас видеть в них среды, благоприятные для существования водородистых тел. Здесь активность химических реакций уменьшается, кислород быстро «сходит на нет», начинают все более и более преобладать металлы типа железа и, по-видимому, растет количество водорода. В то же самое время температура и давление повышаются. Все это должно привести к сохранению в этих глубинах водородистых соединений, и в том числе растворов водорода в металлах».

Вернадский В.И. «Избранные сочинения» том 4, кн. 2, стр. 13 –14 [2].

Массовая доля водорода в земной коре составляет 1% — это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17% (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~52%). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода.

В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005% по объёму для сухого воздуха).

Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках, где по числу атомов на водород приходится почти 63 %.

Распоряжением Правительства Российской Федерации от 12 октября 2020 г. № 2634-р утвержден план мероприятий («дорожная карта») по развитию водородной энергетики до 2024 года, направленный на увеличение производства и расширение сферы применения водорода в качестве экологически чистого энергоносителя, а также вхождение страны в число мировых лидеров по его производству и экспорту [3].

Идею существования месторождений водорода и целесообразности его добычи много лет отстаивали российские ученые В.И. Вернадский, В.Н. Ларин, С.Н. Глазьев, В.Л. Сывороткин и многие другие. Радует, когда происходит событие, к которому автор призывал в своих статьях еще пять лет назад (см. «Водород — топливо будущего»). Однако, лишь после начала разведки водородных месторождений в Австралии два года назад, 23 марта 2022 года Роснедра РФ, наконец-то, признали водород природным ископаемым [4].

Уже не вызывает сомнений: водород — глубинный газ планеты. В 70-х годах ХХ века В.Н. Ларин предложил гипотезу гидридного ядра Земли [5], содержащего сверхсжатый водород.

Водородная дегазация планеты — явление выделения водорода в смеси с другими флюидными газами (чаще всего углеводородами, гелием и радоном) в рифтовых зонах, при извержениях вулканов, из разломов земной коры, кимберлитовых трубок, некоторых шахт и скважин. Во многих случаях землетрясения тектонического происхождения сопровождаются увеличением содержания водорода в воздухе на территории эпицентра и прилегающих площадях.

Как видно из схемы водородной дегазации, до поверхности Земли глубинный водород доходит в виде углеводородов, воды и в виде газа Н₂. В общий водородный баланс добавляют и реакции гидролиза океанической воды при амфиболизации, хлоритизации, серпентинизации пород мантии в зонах субдукции по преобладающей схеме:

2Mg₂SiO₄(оливин) + 22H₂O = 3Mg₆{Si₄O₁₀}(OH)₈(серпентин) + 6Mg(OH)₂(брусит) + 4H₂.

Литосфера, как плотный слой оксидов, является сложнопреодолимым барьером, препятствующим выходу водорода на поверхность. При поисках и разработке месторождений следует учитывать три типа пород, не пропускающих водород: вулканические, солевые купола и тонкозернистые угольные сланцы. В результате, под «куполами» из таких пород происходит накопление газа, он вступает в химические реакции с прочими веществами, что сопровождается дополнительным выделением тепла. Скорее всего, именно наличие водорода делает астеносферу квази-жидкой средой. Полученные методом сейсмотомографии данные свидетельствуют о том, что на глубине около 100 км над астеносферой формируются многочисленные очаги землетрясений и фиксируется подъем флюидного и расплавленного материала [6].

Как выглядят выходы водорода на поверхности планеты?

В зонах выхода водорода в рельефе Земли образуются весьма характерные “структуры проседания”, по форме напоминающие “блюдца”, диаметры которых варьируются от нескольких метров до нескольких километров.

«До сих пор наши работы проводились на Русской платформе. Однако, судя по космическим снимкам, аналогичные структуры присутствуют на всех континентах. И особенно широко они представлены на восточном побережье США. Американцы обнаружили эти образования в 30-х годах прошлого века, тщательно исследовали их на протяжении многих десятилетий, но так и не смогли установить причину образования этих загадочных структур, вошедших в литературу под термином “Carolina Bays”. По нашему мнению причина та же – струйная дегазация водорода из глубинных зон планеты» [7].

Месторождения водорода

В мире с 2011 года существует и эксплуатируется водородная скважина.

Австралия в ноябре 2021 года приняла водородное законодательство, распространившее национальную систему регулирования добычи нефти и газа на водород. Сейчас выдано уже несколько десятков лицензий на геологоразведку и пробное бурение скважин для добычи ископаемого первородного газа.

Водородные круги на полях

«Ведьмин круг» — полоска более сочной и высокой травы по границе окружности. Она особенно хорошо заметна на сухих участках земли. Интенсивный рост растений в кольцах не связан с особенностями грунта или подземными источниками воды, но вполне объясним выходом водорода. Причём, газ, проходя через плодородный слой, разрушает длинные молекулы чернозема, обесцвечивая почву (Происходит гидратация темного гумуса). В интенсивных местах выхода первородного газа наблюдается проседание грунта и образование водоемов.

«На космических снимках хорошо видны “кольцевые структуры проседания”: они проявляются в виде светлых колец и кругов в местах выходов водородных потоков и струй. И особенно четко они видны в черноземной зоне… Оказалось – истекающий водород уничтожает черную гумусовую органику (самую ценную часть чернозема). В черноземах гумуса 8-10% – это длинные органические молекулы сложного состава. Их длина обеспечивается химическими связями атомов углерода друг с другом. Но когда они попадают в среду с водородом, то водородные атомы встраиваются между атомами углерода, длинные молекулы расщепляются на более короткие, которые оказываются летучими газами, и улетают. Черный почвенный слой осветляется и становится светло-серым или бежевым. Разумеется, при этом резко снижается его продуктивность. Можно видеть брошенные поля, на которых агрономы потеряли всякую надежду что-либо вырастить» — утверждают геологи В.Ларин, Н.Ларин [7].

После долгой зимы газ скапливается под промерзшим слоем почвы и прорывается на поверхность, образуя кучи рыхлой земли, похожие на муравейники, за которые их часто принимают!

Следы выброса водорода в почвах не всегда округлые, бывают и молниевидные. Эти следы на космоснимках могу быть такие, как в Кеви, Сербия. Если уменьшить масштаб, то становится видна их кольцевая структура.

Более значительные объёмы газов скапливаются под слоем вечной мерзлоты, образуя бугры пучения. Дегазация недр приводит к медленному окислению водорода в коре, так что до поверхности Земли доходят пары воды, конденсирующиеся при низкой температуре. От этой влаги намерзает лёд, который увеличивает объём бугра.

Карстовые пещеры

Проходя через известняковый слой, водородный поток вступает в экзотермическую реакцию обмена, образуя соединения кальция, воду и углекислый газ. Благодаря этому получаются значительные карстовые провалы и воронки вертикальной формации [9]. Аналогичный процесс происходит при растворении водорода в минералах или в рудах металлов, из которых первородный газ забирает кислород с образованием воды, тем самым уменьшая объём породы. Так как водород поднимается воронкой из недр, то образуются именно цилиндрические провалы.

Это происходит не за миллионы лет, как нас пытаются убедить геологи. Иногда процесс «разъедания» водородом известняковых структур происходит, в зависимости от интенсивности потока газа, буквально на глазах удивленных людей!

«Водород (в буквальном смысле “рождающий воду”) непременно будет продуцировать ювенильную воду, которая должна быть тёплой (из-за геотермического градиента) и подкисленной разнообразными кислотами. Но такая вода весьма охотно “съедает” карбонаты, и таким образом, карст может быть быстрым явлением (“быстрым” в рамках продолжительности человеческой жизни, а не геологического времени)», — утверждают геологи В.Ларин, Н.Ларин в работе «Плюсы и минусы выхода водорода на Русской платформе» [7].

Вот наглядные примеры:

Провалы грунта

В Гватемале трагедия с появлением огромной воронки уже не первая. Аналогичный случай, унесший 5 жизней, произошел 23-го февраля 2007 года.

Глубина воронки достигала 100 м.

Круглые озёра

Подобные провалы и взрывные воронки постепенно заполняются водой, образуя глубокие озёра, иногда без питающих их внешних источников. На нашей планете существует множество округлых глубоких озёр, образованных выходами водорода. И это не следы мифических войн прошлого и «атомных» бомбардировок древних цивилизаций!

Коралловые атоллы

Можно предположить, что некоторые округлые глубокие лагуны океанических атоллов обязаны своим появлением водороду, рвущемуся на поверхность.

Последовательные стадии формирования атолла:

1. вулканический остров;
2. коралловый риф;
3. атолл.

Согласно официальной версии, формирование атолла является результатом постепенного разрушения вулкана. Может, в каких-то случаях, это и так. Но, не кажется ли странным, что в результате водной эрозии значительно более плотные вулканические породы уходят на глубину иногда более 100м, оставляя нетронутой хрупкую известняковую корону? Гораздо логичнее, если выходящие на поверхность потоки газа растворяют известняковые структуры и образуют лагуны округлых форм.

Рифтовые зоны

Рифтовые зоны, и особенно срединно-океанические хребты, являются самыми сильными источниками дегазации планеты, так как это области, где отсутствует базальтовый слой, а магматические очаги сквозь вулканические отложения напрямую через «чёрные и белые курильщики» выходят в океан, образуя зоны расширения Земли (cм. статью Земля под нами расширяется!).

Ледяные круги

Эти большие кольцевые образования диаметром в несколько километров, периодически появляющиеся на ледяной поверхности Байкала.

По результатам наблюдения из космоса стало известно, что кольца появлялись в 2003, 2005, 2008 и 2009 годах и каждый раз на новом месте.

Образование кругов связано с выбросами природного горючего газа (метана и водорода) из рифтовой зоны Байкала. Летом в таких местах из глубины на поверхность поднимаются пузыри, а зимой образуются «пропарины» диаметром от полуметра до сотен метров, где лед очень тонкий или вообще отсутствует.

Стратосферные облака

Профессор В.Л. Сывороткин в своих работах [10,11] доказал, что глубинный водород, попадая в атмосферу, достигает озонового слоя (30 км) и, вступая в реакцию О₃ + 3Н₂ = 3Н₂О, образует озоновую дыру и кристаллики льда, которые мы видим в виде красивейших перламутровых и серебристых облаков [12].

Вулканы

Грязевые вулканы — геологические образования, представляющее собой отверстие или конусообразное возвышение с кратером на поверхности Земли, из которого периодически извергаются грязевые массы и газы, иногда вместе с водой и нефтью [13]. Что является ярчайшим примером водородной дегазации.

На Земле существуют моновулканы – это вулканические конусы, которые извергались лишь один раз, выбросив столб пепла, газов и место выхода обросло отложениями в виде кальдеры.

Моновулканы можно отнести к плавному сбросу давления газа в недрах, который, выходя на большой скорости, выносит породу, и это выглядит как выбросы раскаленных измельченных пород.

Магму такие вулканы не изливают, в отличие от другого типа вулканов – гавайского.

При любом извержении вулкана 50-80% газа — это водяной пар и объёмы его колоссальны! Ученые уверяют, что это грунтовые воды, но тогда под средним вулканом должно быть море, а под супервулканом — подземный океан! Все больше ученых склоняются к выводу, что эта вода образуется в самих вулканах путём сгорания водорода. Тогда становится понятной и энергия вулканических процессов, и их взрывной характер.

Геологи давно обратили внимание на выходы газа из земли через глубинные разломы литосферы. Обычно, их определяли, улавливая выделение гелия. В природе существуют два изотопа. He³ — продукт исключительно реакций синтеза, который невозможно получить в результате химических или ядерных реакций. Общепринято, что это изотопы, сохранившиеся в недрах планеты со времен образования Солнечной системы из вещества сверхновой звезды. Но гораздо проще выходы He³ можно объяснить протеканием реакций синтеза в ядре нашей планеты (см. статью «Реакции синтеза — источник внутренней энергии Земли»). Изотоп He⁴ — радиогенный, возникающий при распаде ядер урана и тория.

Первый — сосредотачивается 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 скапливается водород. Объем выброшенного за одно извержение силикатного расплава редко превышает 0,5 кубического километра, тогда как объем газа в сотни и тысячи раз больше объема твердой фазы. Ещё в 1964 году А. Риттман говорил, что вулканы следует рассматривать, прежде всего, как структуры дегазации планеты.

Очевидно, что процессы окисления газа при его выходе на поверхность полностью изменяют его  первичный глубинный состав, приводя к формированию вторичных продуктов, возникающих при сгорании водорода и метана. Газы, нагретые от 200º до 1000ºС, состоят из соляной и плавиковой кислот, нашатыря, поваренной соли. В низкотемпературных газах преобладают сероводород, сернистый газ, углекислота — все они являются продуктами вторичных химических реакций с участием водорода.

Действительно, например газ вулкана Этна состоит из СН₄ — 1,0%, СО₂ – 28,8%, СО – 0,5%, Н₂ – 16,5%, SO₂ – 34,5%, остальное приходится на азот и инертные газы. Вклад вулканов Курильской дуги в содержание водорода в атмосфере оценивается приблизительно в 100 тонн водорода в год [14].

В вулканах Гавайских островов в кратерных лавовых озерах часто возникает «большое пламя» («large flame») высотой до 180 м — это горит водород [15]. Под вулканами находятся столбы пластичного нагретого вещества (мантийные плюмы), поднимающиеся к поверхности с границы жидкого ядра, они содержат водород ядра Земли. Тепловая энергия при этом выделяется и в процессе молекуляризации водорода: Н + Н = Н₂ + Q, и при окислении газа, с образованием паров воды в жерловинах вулканов: 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + Q.

Выходы потоков положительно заряженных частиц (протонов) приводят к значительной разнице потенциалов между облаком пепла вулкана и атмосферой и к частому образованию восходящих (древовидных) молний.

Выходы водорода во время землетрясений

Так дышит земля в Японии после землетрясения:

То есть, от процесса водородной дегазации напрямую зависит тектоническая активность планеты!

Другие проявления дегазации Н₂

Встречаются зоны водородного обогащения и на нефтегазовых месторождениях. В Швеции, при  бурении скважины Гравберг-1 глубиной 6770 м, ниже 4 км отмечено существенное повышение содержания водорода. «Газят» и участки литосферы. Так, в шахтном газе глубоких подземных выработок Хибин повышено содержание водорода. Например, кимберлитовая трубка «Удачная» в республике Саха-Якутия, ежедневно выбрасывает наружу до 100 тыс. кубометров газа [16]. Очевидно, образование алмазов происходит также в водородной среде. (Подробно в статье: Алмаз Карбонадо-ценнейший полупроводник будущего).

Для безопасности шахтеров нужны датчики водорода!

Постоянная проблема взрывоопасности существует в шахтах, особенно угольных. И без признания и понимания процессов водородной дегазации взрывы в шахтах неизбежны. Глубинный Н₂, достигая угольного пласта, частично взаимодействует с его породой, образуя метан (СН₄). Так как самое современное оборудование измеряет, в основном, содержание метана в атмосфере шахты, водородная опасность не берется в расчет. Полагаю, что датчики водорода, как первичного газа, сберегут многие жизни шахтерам.

Аспекты водородной дегазации Земли

Свершилось! Водород признан полезным ископаемым на территории России. Человечество обязательно должно учитывать в своей хозяйственной деятельности дегазацию водорода из глубин планеты. Это необходимо делать перед строительством любых объектов. Пока только в России учитываются выходы водорода при эксплуатации АЭС.

Первенство в открытии водородного дыхания планеты принадлежит нашим ученым [17]. Было бы крайне обидно, закупать на Западе технологии и машины, работающие на энергоносителе будущего экономического уклада. Почему бы России, вслед за гиперзвуком, не сделать качественный скачок в добыче и применении самого энергетически ёмкого и экологичного из топлив?

Применение водорода, как топлива будущего, уже в серийных автомобилях, экспериментальных поездах, самолетах и ракетах неизбежно приближает нас к водородной эре!

Источники:

1. Kevin J. Zahnle, David C. Catling / Our Planet’s Leaky Atmosphere / Scientific american May 1, 2009
2. Вернадский В.И. / Избранные сочинения / том 4, кн. 2, стр. 13 –14, 1960
3. Постановление правительства Российской Федерации / № 2634-р от 12.10.20
4. Сывороткин В.Л. / Водород признан в России природным ископаемым / ИА РЕГНУМ
5. Ларин В.Н./ Основы гипотезы / Hydrogen Future
6. Кривцов А.И., Войтов Г.И., Фридман А.И., Гречухина Т.Г., Линде И.Ф., & Полянский М. Н. / О содержании водорода в свободных струях в Хибинах. / Доклады АН СССР (1967), 177(5), 1190—1192.
7. Ларин В.Н., Ларин Н.В. / Плюсы и минусы выхода водорода на Русской платформе / Hydrogen Future
8. Шадринцев Б. / Черные дыры на Ямале: таинственные взрывы угрожают северным буровым и трубопроводам? / Вести.ru
9. Петуховский Е. и А. / Музей в глубине земли или о том, что будет если глубоко копать
10. Сывороткин В.Л. / Теория изначально гидридной Земли. Водородная дегазация и ее влияние на озоновый слой / Доклад в МГУ
11. Сывороткин В.Л. / Землетрясения / Журнал Пространство и время 2011. № 2
12. Похунков А.А., Тулинов Г.Ф., Похунков С.А., Рыбин В.В. / Исследование влияния сейсмической активности на ионный состав верхней ионосферы / Гелиогеофизические исследования. 2013. № 1. С. 90-98.
13. Сывороткин В.Л. / Водородная дегазация Земли и месторождения нефти / Доклад в МГУ
14. ВОДОРОДНАЯ ДЕГАЗАЦИЯ ПЛАНЕТЫ: Анализ вулканических структур
15. Портнов А. / Вулканы — месторождения водорода.  / Промышленные ведомости, № 10-12 октябрь, декабрь 2010.
16. Сороченко М.К., Дроздов А.В. / Геохимические особенности природных газов алмазодобывающих рудников западной Якутии. / Маркшейдерия и недропользование, 49(5), 30-34. (2010).
17. Водородная бомба у нас под ногами. / Нейромир