Ученые определили регионы с наибольшими запасами водорода на планете

Новости МирТесен

Водород часто называют перспективным топливом для «чистой» энергетики, способной уменьшить выбросы парниковых газов. Промышленность проявляет устойчивый интерес к водородным двигателям, однако не все методы производства являются экологически безопасными. Поиск газа в земной коре представляется привлекательной идеей, но где можно найти богатые месторождения? Ответ на этот вопрос ученые из ЕС и США получили благодаря моделированию крупных тектонических процессов.

В природе водород образуется несколькими способами. Например, при разложении органики или расщеплении молекул воды под действием распада радиоактивных элементов в недрах Земли. Потоки природного H ₂ зафиксированы во многих местах планеты. Так, в Мали действуют пилотные проекты, использующие водород из небольшого природного резервуара в осадочных породах.

Метод поиска месторождений водорода, основанный на моделировании тектоники плит, был разработан исследователями под руководством Франка Звана из Центра наук о Земле Геймгольца GFZ (Германия). По данным ученых, потенциальные районы, где может образоваться газ, находятся в горных хребтах, вблизи поверхности которых поднимаются мантийные расплавы. Результаты этой работы опубликованы в журнале Science Advances.

Большие объемы H₂ образуются при взаимодействии мантийных пород с водой в узком температурном окне. Под действием растворов одни минералы заменяются другими — из группы серпентина. Отсюда название процесса — серпентинизация. Попутно высвобождается водород, который может скапливаться в пластах-ловушках.

Для серпентинизации требуется подъем вещества из мантии к поверхности, обусловленный наличием воды на этом пути. Этот процесс длится миллионы лет. На Земле он протекает в рифтовых зонах — глубоких разломах, разделяющих сушу, либо при их закрытии, когда столкновение континентальных плит приводит к образованию горных хребтов.

Ученые смоделировали все стадии тектоники плит — от разделения континентов и формирования океанов до их сжатия и возникновения горных хребтов. Ученые определили объем мантийного вещества, достигающего поверхности в районах горных цепей, и выяснили, при каких температурах, подходящих для серпентинизации, эти горные породы могут взаимодействовать с водой.

Согласно результатам моделирования, наиболее благоприятные условия возникают при подъеме гор, а не при создании рифтов. В этих областях наблюдается более низкая температура, от 200 до 350 градусов Цельсия, и происходит интенсивная циркуляция воды вдоль крупных разломов.

Авторы полагают, что в горных хребтах ежегодно генерируется водород в 20 раз больше, чем в рифтовых зонах. Причиной тому являются подходящие вмещающие породы, например, песчаники. В рифтовых бассейнах, вероятно, отсутствуют подобные породы, что объясняется отсутствием серпентинизации. Это подтверждается данными о выходах природного H ₂ во французских Пиринеях. Повышенное содержание этого газа отмечено в Западных Альпах. На Кавказе скважина, пробуренная в советское время, поставляла газ в течение нескольких месяцев. Все эти места расположены на западе пояса альпийской складчатости, который, по мнению авторов, наиболее перспективен для разведки на водород.