CC BY
310
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 4. Вып. 1 • 2013 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Кора — мантия — ядро
УДК 550.341:551.510.42:551.242
Сывороткин В.Л.
Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
Сывороткин Владимир Леонидович доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник геологического факультета МГУ имени. М.В. Ломоносова, действительный член РАЕН
E-mail: [email protected]
С 1978 г. в свободном доступе в сети Интернет ежедневно публикуются карты общего содержания озона (ОСО) и карты его аномалий. С позиций авторской водородной концепции разрушения озонового слоя отрицательные аномалии ОСО фиксируют следы выбросов глубинного водорода из активно дегазирующих тектонических структур. Таким образом, представляется уникальная возможность на экране монитора практически в режиме реального времени наблюдать водородную дегазацию всей планеты. Легко выявляются ее пространственно-временные закономерности. Оцифровка озоновых карт позволяет судить о количественных параметрах дегазации. Методика незаменима при поиске месторождений водорода, а также при экспрессной оценке экологических угроз в любом участке планеты.
Ключевые слова: глубинная дегазация, водород, карты общего содержания озона, озоновые аномалии, методика поиска месторождений водорода, экспресс-оценка экологических угроз.
Водородная дегазация планеты является фундаментальным процессом, определяющим ее развитие, т.е. широкий спектр природных процессов во внутренних и наружных сферах Земли, которые часто проявляются как природные катастрофы: землетрясения, извержения вулканов, ураганы, заморы морской биоты, разрушение озонового слоя, погодные аномалии [Сывороткин 2010, 2002].
Главные каналы водородной дегазации сопряжены в пространстве с основными нефтегазоносными поясами. Актуален вопрос о поисках природных месторождений водорода для использования его как экологически чистого и экономичного энергоносителя.
Изучение и практическая реализация вышеперечисленных аспектов водородной дегазации должны опираться на основные закономерности пространственного распределения центров дегазации и временного режима выделения водорода и его (выделения) количественные оценки. Однако литературные данные, характеризующие водородную дегазацию планеты в целом, а также ее отдельных регионов, крайне скудны, разрознены, получены в разное время различными авторами, методиками. На их основе составить представление о пространственных и временных закономерностях водородной дегазации невозможно.
Нами предлагается озонная методика изучения глобальной водородной дегазации [Сывороткин 2006.6], которая позволяет на экране компьютера увидеть выделение водорода на всей планете, практически в режиме реального времени. Эта методика базируется на «водородной» концепция разрушения озонового слоя [Сывороткин 1993], которая подразумевает синхронность процесса усиления водородной дегазации и снижения общего содержания озона (ОСО) над центрами дегазации. Таким образом, мы предлагаем рассматривать отрицательные аномалии общего содержания озона на картах ОСО как следы водородных выбросов.
Концепция водородной продувки озонового слоя
Водородная концепция разрушения озонового слоя основана на предположении о возможности взаимодействия эндогенных флюидов — водорода и метана со стратосферным озоном. Легкие газы, выделившиеся из глубин Земли на ее поверхность, быстро поднимаются до стратосферных высот, где активно реагируют с озоном. Водород и метан — озоно-
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
разрушающие газы. Водородный цикл разрушения озона, открытый в 1965 г., включает в себя более 40 реакций, катализатором в нем является гидроксил [Перов, Хргиан 1980]. Образование гидроксила возможно при взаимодействии водорода, метана, воды с атомарным кислородом по общей схеме:
H2O OH
^4 + O('D) = OH + № (1)
^ H
Сам водородный цикл может быть записан следующим образом:
OH + Oз = HO2 + O2,
HO2 + Oз = OH + 2 O2 Итог: 2 Oз = 3 O2.
Цикл насчитывает более 40 реакций и прерывается с образованием воды.
Вода на стратосферных высотах застывает с образованием стратосферных облаков. С точки зрения химии, наша гипотеза не является оригинальной. Мы лишь привлекает внимание специалистов к геологическим источникам озоноразрушающих газов, которые ранее не учитывались специалистами в области химии атмосферы.
Глубинные потоки водорода, метана, азота и часто сопровождающего их гелия и других газов — объективная реальность, подтверждаемая инструментальными измерениями. Важной особенностью процесса глубинной дегазации является неравномерность его, как во времени, так и в пространстве. Основной поток глубинных восстановленных газов разгружается в рифтовых зонах срединно-океанских хребтов [Войтов 1986], что дает нам право называть их главными каналами дегазации Земли (рис. 1).
Рис. 1. Основные стволы Мировой рифто-вой системы — главные каналы глубинной дегазации [Сывороткин 1997]
Географическое положение наиболее устойчивых планетарных озоновых аномалий
и их геологическая позиция
Веским аргументом в пользу водородной концепции разрушения озонового слоя является местоположение озоновых аномалий, а точнее их геологическая позиция. Географический параметр прекрасно задокументирован, т.к. ИСЗ с озонометрической аппаратурой на борту практически ежедневно поставляют планетарные карты общего содержания озона (ОСО). Измерения ОСО из космоса проводятся с 1978 по 1993 гг. со спутников Nimbus-7, Метеор-3 (1991—1994), ADEOS (1996—1997), EarthProbe (1996—2005), OMI (с 2006 г. по н.вр.) приборами ТОМС по поглощению солнечного света в ультрафиолетовом диапазоне. Кроме того, мониторинг ведется приборами SBUV GOME со спутников NOAA и ERWS-2, определяющими ОСО по поглощению в инфракрасной области солнечного спектра.
Измерение ОСО также регулярно производится более чем на 150 наземных озонометрических станциях, причем наблюдения на швейцарской станции Ароза были начаты в 1926 г. Сказанное выше означает, что к настоящему времени накоплен огромный массив данных о конфигурации планетарного поля озона и его ежесуточных трансформациях, однако с геологической точки зрения эти карты никто не рассматривал. Напомним, что в рамках нашего метода особенности планетарного поля ОСО интерпретируется как временные и пространственные характеристики водородной дегазации.
Антарктические озоновые дыры. Общеизвестно, что Антарктика — регион, над которым озоновый слой испытывает наиболее сильное и частое разрушение. Мы объясняем это тем, что срединно-океанские хребты (рифты) максимально сближаются возле Антарктиды, где и сливаются в единый Циркумантарктический рифт (сливаются, — обращаем особое внимание) своими южными, т.е. более активными, более разогретыми сегментами (рис. 1). Таким образом, Антарктида — это участок планеты, над которым суммируются наиболее обильные потоки восстановленных флюидов. Другими словами, атмосфера над Антарктидой подвержена максимальной в земных условиях продувке природными озоноразрушающими газами, поэтому эффект разрушения озонового слоя выражен наиболее сильно именно здесь.
(2)
(3)
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
Внутри самой Антарктиды также можно ожидать эффекта разгрузки (подледной) глубинных флюидов. Наибольшая эндогенная активность Антарктиды отмечается на продолжении основных стволов океанских рифтов (рис. 2).
Рис. 2. Южное полярное сочленение основных стволов мировой рифтовой системы (черное — материки; белое — океаны; крапом — рифтовые зоны).
Здесь развиты проявления современного вулканизма Антарктиды и прилегающих островов. В первую очередь, сказанное относится к продолжению Западно-Тихоокеанского рифтового пояса, которое маркируется субмеридиональным простиранием западного берега моря Росса и также меридионально вытянутой цепью действующих вулканов: Фриман, Бакл Айленд, Стердж Айленд, Маунт-Мельбурн, Маунт-Морнинг [Гущенко 1979] и, наконец, одним из активнейших вулканов планеты Эребус. К действующим вулканам, по мнению Г. Тазиева, относятся и расположенные в одной группе с Эребусом горы Террор, Терра-Нова и Бэрд [Тазиев 1987].
Узким, протяженным и глубоким (до 2,5 км) подледным проливом море Росса соединяется с морем Уэдделла. По геофизическим данным здесь выделяется рифтовый пояс Росса-Уэделла («рифт Феррар»), который отделяет Западную Антарктиду от Восточной. Рифт выполнен осадками с плотностью 2,4—2,6 г/см, а глубина поверхности Мохо увеличивается от 5 км под морем Росса до 10 км под морем Уэделла [Милановский 1983, Энциклопедия региональной геологии Мира... 1980]. Так происходит смыкание Западно-Тихоокеанского и Срединно-Атлантического рифтовых поясов.
Восточная ветвь Восточно-Тихоокеанского поднятия (ВТП) — рифтового пояса — «внедряется» в Антарктиду в районе моря Амундсена, что также находит выражение в подледном рельефе, а также в вулканической активности Земли Мэри Бэрд и Прибрежного массива. Западная ветвь ВТП отклоняется в направлении пролива Дрейка, возможно, определяя вулканическую деятельность на Южно-Шетландских островах.
Специфика геологического строения и геодинамики Западной Антарктиды определяется тем, что она является областью приполярного сочленения трех главных океанских рифтовых систем. Четвертый — Срединно-Индийский рифт «пробивается на встречу с ними» через Восточную Антарктиду. Мы находим его следы в современном вулканизме островов Кергелен и Херд; в пределах материка — зал. Прюдс и субмеридиональная ложбина, заполненная ледниками Эй-мери и Лимберта, а также соответствующие понижения подледного рельефа. По геофизическим данным здесь выделяется интеркратонный рифт Ламберта, представленный грабеном шириной до 100 км и глубиной до 9 км, выполненный отложениями с плотностью 2,45 г/см3 [Милановский 1983, Энциклопедия региональной геологии Мира... 1980]. Вышеприведенная интерпретация геологического строения Антарктиды позволяет объяснить «звездную» форму озоновых аномалий над ней, подобных аномалии ОСО, изображенной на рис. 3. Здесь мы видим проецирование трех лучей аномальной зоны ОСО на продолжения океанских рифтовых зон, которое вряд ли можно объяснить с каких-либо иных позиций.
Рис. 3. Планетарное поле общего содержания озона (ОСО) 23 октября 2005 г.
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
Здесь же (рис. 3) мы видим разрушение озонового слоя над Северной Америкой над зоной континентального продолжения Восточно-Тихоокеанского поднятия (ВТП), над Северной Атлантикой, т.е. над Срединно-Атлантическим рифтом. В Сибири меридионально вытянулась. В Антарктиде оно наибольшее, т.к. Земля в это время года повернута к Солнцу Южным полюсом.
Дегазация рифтовых зон планеты, а соответственно и конфигурация аномалий ОСО меняются очень быстро. Реально в течение суток, хотя общие закономерности поля ОСО сохраняются дольше (как правило, несколько дней).
Рис.4. Планетарное поле ОСО 27 октября 2005 г.
Рис. Б. Планетарное поле озона 28 января 2005 г.
На рис. 4 видно, что в сравнении с ситуацией от 23 октября 2005 г. из 4-х главных океанских рифтовых зон продолжает дегазировать только зона ВТП. Причем дегазация здесь усилилась, а на северном окончании рифтового пояса она ослабла, хотя и выражена вполне отчетливо (синее пятно в США севернее Калифорнии).
Приведем еще одну карту (рис. 5), на которой линейные озоновые аномалии протягиваются на тысячи километров от Южного полюса до экваториальных широт Тихого и Атлантического океанов, располагаясь точно над срединноокеанскими хребтами. Хребты подводные, влияния рельефа на ОСО здесь быть не может. Остается единственный вариант для объяснения такой формы озоновых аномалий — глубинная дегазация!
Озоновые минимумы Северного полушария. О них мы уже начали говорить в предыдущем разделе. Продолжим анализ рисунка 4: в Северном полушарии продолжает дегазировать Срединно-Атлантический хребет (САХ), отчетливо обособилась разломная зона 90-го градуса, которая является континентальным продолжением ВосточноИндийского хребта в Индийском океане. В Сибири ее маркирует долина р. Енисей. Появилась озоновая аномалия в Западной Европе, где активной зоной дегазации является Рейнско-Ливийский рифт, протянувшийся от Скандинавии до Африки (рис. 6).
Рис. б. Планетарное поле озона 22 марта 2005 г.
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
Отметим, что на представленных картах, также, как и на сотнях других карт поля ОСО, полученных за последние 30 лет с ИСЗ, отчетливо видна субмеридиональная линейно вытянутая форма многих аномалий ОСО, прямо указывающая на корреляцию аномалий с линейными геологическими структурами. Наиболее часто и явно озоновые аномалии здесь проявляются над северными окончаниями основных стволов Мировой рифтовой системы (рис. 1).
Принципиально важные для водородной концепции результаты были получены в ЦАО Росгидромета под руководством В.И. Бекорюкова [Атлас климатических карт... 1990]. Здесь были проанализированы все ряды наблюдений мировой наземной сети озонометрических станций с целью выявления тех из них, где наиболее часто регистрировались пониженные значения ОСО. В результате проведенных исследований установлены три наиболее устойчивых озоновых минимума Северного полушария — о. Исландия, Красное море, Гавайские острова (рис. 7). Нетрудно заметить, что все названные пункты максимально удалены от промышленных районов, но являются наиболее активными участками риф-товых систем — центрами толеитового вулканизма. Они отличаются интенсивной современной вулканической деятельностью, которая сопровождается потоками восстановленных газов.
Рис.7. Области минимального содержания озона в атмосфере Северного полушария Земли в среднемноголетнем октябре (усредненные данные мировой сети озонометрических станций по [Атлас климатических карт общего содержания... 1990]. 1 — области минимального содержания озона: I — Исландия, II — Гавайские острова, III — Красное море; 2 — общее содержание озона в Д.Е.
Важная особенность этих центров — чрезвычайно высокие отношения изотопов гелия 3He/4He, равные п x 10-5 [Поляк и др. 1979], что указывает на глубинную природу газовых потоков и/или молодость дегазирующей системы.
Озоновые аномалии экваториальной зоны. Долгое время считалось, что озоновый слой в экваториальной зоне планеты отличается стабильностью, а разрушение его происходит только в полярных районах. В начале 1998 г. специалистами ЦАО Росгидромета при обработке спутниковых данных был выявлен целый ряд отрицательных аномалий поля ОСО в экваториальной зоне (рис. 8).
Рис. 8. Области аномально низкого содержания озона в близэкваториальной зоне в январе 1998 г. по [Воздействие явления Эль-Ниньо... 1998] с изменениями: 1 — области отрицательных аномалий ОСО; 2 — отклонение ОСО от среднемесячной нормы в единицах стандартного отклонения.
^івороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
Центр наиболее мощной озоновой аномалии, где среднемесячный дефицит ОСО достигал 30%, абсолютно точно расположился над наиболее активной зоной Восточно-Тихоокеанского поднятия. Здесь в 15—20 градусах южнее экватора на дне океана еще в 1979 г. были обнаружены 9 водородных источников [Welham, Graig 1989]. В осевой части ВТП фиксируется аномально высокий даже для срединно-океанских хребтов тепловой поток. Это участок высокой сейсмической активности, здесь же инструментально измерена самая высокая скорость спрединга, достигающая 15—24 см/год. [Walker 1995]. Отношения изотопов гелия в газовых эманациях достигают здесь величин n х 10-5 [Поляк и др. 1979].
Уникальность этого участка ВТП привлекает внимание ученых. В 1994 г. совместная американо-французско-японская экспедиция обнаружила здесь самую мощную в мире действующую парогидротермальную систему. В районе 17° ю.ш. выполнен Международный геофизический эксперимент MELT (Электромагнетизм и томография мантии) [Forsyth 1998]. Сейсмические исследования показали, что зона аномально низких скоростей распространяется до глубин 150—200км. Электромагнитные исследования установили электропроводность мантии до глубин 180—200км. Низкоскоростной район прослеживается на запад от хребта на расстояние 250 км, а на восток только на 100 км. Самые низкие скорости наблюдаются не точно на оси хребта, а несколько западнее его. Приведенные данные указывают на присутствие здесь огромного мантийного магматического очага (рис. 9).
Рис. 9. Схематический разрез верхней мантии под Восточно-Тихоокеанским поднятием в районе зарождения Эль-Ниньо и в центре озоновой аномалии [Forsyth 1998].
Озоновые аномалии над территорией России. На рис.10 представлена схема центров озоновых аномалий (среднемесячного дефицита ОСО по сравнению со средним многолетним для данной станции) возникших над территорией России с ноября 1991 г. по 2000 г.
Рис.10. Центры озоновых аномалий над территорией России и сопредельных стран в 1991—2000 гг. Схема составлена по оперативным данным Центральной аэрологической обсерватории (г. Долгопрудный). 1 — центр аномалии; 2 — месяц и год фиксации аномалии.
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
Для составления этой карты нами было использовано около сотни карт среднемесячного дефицита озона над Россией и сопредельными территориями [Содержание озона над Россией... 2000; Бюллетень о состоянии озонового слоя ...1992—1996].
Такие карты с 1991 г. регулярно составляются в ЦАО Росгидромета. Сами аномалии поля ОСО, которые проявляются на картах ЦАО, охватывают огромные пространства. Для составления авторской карты использован простой прием. Кружком произвольного диаметра вырезался из каждой аномалии ее центр, где отрицательное отклонение от среднемесячной нормы составило более 10%. Проявилась качественно новая информация.
Оказалось, что центры озоновых аномалий образуют пять обособленных групп, четыре из которых имеют явно выраженную меридиональную ориентировку. Перечислим их с запада на восток: Урало-Каспийская, Западно-Сибирско-Памирская, Восточно-Сибирская, Сахалино-Индигирская. Пятая обособленная группа центров расположена над северо-западом европейской части России. Она относительно изометрична в плане. Ее можно назвать Беломоро-Балтийской или Скандинавской. Основная часть центров аномалий ОСО расположена здесь над Белым морем и Кольским полуостровом.
На рис. 11.а изображены те же центры озоновых аномалий, что и на рис. 10, но здесь приведена точная привязка координат этих центров на топооснову, т.е. это уже карта. Меридиональная ориентировка центров озоновых аномалий видная уже на схеме (рис. 10) на карте проявилась более отчетливо.
Рис.11. (а) Центры озоновых аномалий над территорией России (те же, что и на рис. 10) [Syvorotkin 2010]; (Ь) Разломные зоны меридионального простирания на территории СССР [Космогеология СССР 1987].
Анализ данной карты позволяет сделать вывод о тектоническом контроле положения центров отрицательных аномалий поля ОСО. Контролирующие структуры — дегазирующие зоны субмеридиональных разломов. В их пределах разными авторами, в разное время и разными методами были зафиксированы повышенные потоки глубинных газов: водорода, метана, гелия, радона и др. Водородно-метановые источники обнаружены на Кольском полуострове, вокруг оз. Байкал, в кимберлитовых трубках Якутии, на Урале, в Прикаспии, на плато Устюрт и других местах.
Сравнение этих данных с картой центров озоновых аномалий убедительно показывает наличие источников водорода в регионах, над которыми наиболее интенсивно разрушается озоновый слой. Об этом говорят данные по Восточной Сибири, где большие концентрации водорода обнаружены в кимберлитовых трубках Удачной, Юбилейной, Айхал, Мир. Трубки эти приурочены к системе глубинных субмеридиональных разломов [Геология и генезис алмазных месторождений 1989]. Особенно интенсивно происходит выделение водорода в трубке Удачная. Здесь его дебит достигал 105 м3/сут (1150 л/с), причем в составе струи на долю водорода приходилось до 56%, а остальное на метан, так что совокупный дебит озоноразрушающих газов был еще более велик [Осика 1981].
Описанное явление водородно-метановой дегазации кимберлитовых трубок объясняет процессы интенсивного разрушения озонового слоя над данной территорией. К югу от этих районов интенсивные выделения водорода известны вокруг оз. Байкал. Так, в Тункинской долине и на р. Селенге на его долю в составе газовых струй приходится до 70—95 об.% [Щербаков, Козлова 1988], что также объясняет феномен обширнейшей озоновой аномалии, которая была зарегистрирована над Россией в феврале 1995 г. Ее центр располагался над Байкалом, а западный край достигал Крымского полуострова.
Подведем итог: центры наиболее мощных озоновых аномалий планеты располагаются над зонами и центрами водородно-метановой дегазации: рифтовыми и разломными зонами или узлами их пересечения, а также центрами современного толеитового и щелочного вулканизма, или древнего ультращелочного (кимберлитового) вулканизма.
Экспериментальная проверка водородной концепции
Любая гипотеза имеет право претендовать на звание научной только в том случае, если может быть сформулирован метод ее экспериментальной проверки (принцип верификации). Для проверки собственной гипотезы мы предложили [Сывороткин 1996] организовать мониторинг выделения водорода в известных центрах дегазации, с тем, чтобы устано-
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
вить корреляцию между выбросом водорода и падением содержания озона над данной территорией. Синхронность этих процессов — усиления водородной дегазации и падения общего содержания озона должна означать правоту водородной концепции. Для такой проверки нами при помощи старшего научного сотрудника Геологического института КНЦ РАН (г. Апатиты) В.А. Нивина был организован мониторинг концентрации подпочвенного водорода.
Хибинский щелочной массив является идеальным местом для постановки такого эксперимента, он давно известен как активный центр метановой и водородной дегазации [Икорский и др. 1992] и легко доступен, т.к. на нем ведется добыча полезных ископаемых. Кольский полуостров по данным Мурманской озонометрической станции и спутникового мониторинга ОСО, является регионом, над которым часто разрушается озоновый слой. Так, за период с 1991 по 2000 гг. с дефицитом озона оказались 17 месяцев, при этом суммарная потеря озона составила 257% [Сывороткин 2002]. Среди 42-х озонометрических станций России и сопредельных территорий Мурманская по этому показателю стала 4-й после Якутска, Иркутска и Ханты-Мансийска.
Для измерения концентрации подпочвенного водорода используется газоанализатор, разработанный в МИФИ под руководством профессора И.Н. Николаева. Он состоит из чувствительного элемента (МДП-мембрана) с выносным преобразователем и электронного блока, преобразующий изменение электроемкости чувствительного элемента в аналоговый сигнал, который регистрируется вольтметром на базе жидкого кристалла. Диапазон измерений концентрации водорода в воздухе от 0,00001—0,01 об.% (0,1—100 ppm). Разрешающая способность 0,00001 об.%. Предел допустимой погрешности составляет ±10% от номинального значения. Время реагирования, т09 — не более 3 мин при концентрации водорода выше 5 ppm. Условия эксплуатации прибора: температура окружающей среды от -20 до +30°С; относительная влажность при 30°С до 90%; давление воздуха от 720 до 780 мм. рт. ст. Прибор имеет индивидуальный калибровочный график, который периодически поверятся на искусственных смесях водорода с воздухом.
Прибор работает от сети 220 Вт в автономном режиме, объем собственной памяти позволяет ему накапливать и хранить поминутные измерения в интервале до 6 месяцев. Реально съем данных на ноутбук осуществляется примерно раз в месяц с очисткой памяти. Предусмотрена возможность перепрограммирования интервалов измерений. Есть резервный источник энергии (аккумулятор), который питает прибор при кратковременных (до суток) отключениях электроэнергии в сети.
Прибор установлен в полуподвальном помещении сейсмостанции на руднике Кукисвумчорр, что обеспечивает стабильный режим температуры и влажности, устойчивое питание и сохранность. Место выбрано с учетом данных о дегазации Хибинского массива, полученных в результате водородной съемки, проведенной нами в 2002—2004 гг. в рамках проекта ИНТАС 01—244 [Сывороткин 2006.а]. Сейсмостанция находится в зоне пересечения концентрической разломной структуры — «Апатитового кольца» и радиального разлома, что обеспечивает здесь наиболее интенсивную дегазацию.
26—27 апреля 2005 г. в полнолуние водородный датчик показал значительные пики концентрации водорода. В эти же дни значимое (до 375 Д.Е.) снижение ОСО было зафиксировано на озонометрической станции Мурманск (рис. 12).
Рис 12. Концентрация подпочвенного водорода на Хибинском массиве и общее содержание озона на станции Мурманск в апреле 2005 г.
В это же время американский космический спутник «ЕагШРгоЬе», осуществляющий глобальный мониторинг ОСО, зафиксировал над Кольским полуостровом узкую линейную зону пониженных значений ОСО 375 Д.Е. Значение одинаковое с показаниями наземной станции.
Узкая зеленая полоса, идущая из С. Атлантики через Кольский п-ов до Урала, и есть наша аномалия. Линейность прямо указывает на приуроченность к тектонической дегазирующей структуре. В пределах европейской России на протяжении 1800 км ей отвечает Варангер-Канино-Тиманский складчатый пояс позднедокембрийского (байкальский) времени заложения, а точнее, отделяющий его от остальной части Восточно-Европейской платформы долгоживущий глубинный разлом.
Мы полагаем, что наша концепция подтверждена экспериментально, т.к. получен результат, вытекающий из основных ее постулатов и предсказанный (заявленный) еще 10 лет назад.
Таким образом, «водородная» гипотеза разрушения озонового слоя в апреле 2005 г. стала теорией.
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
Количественные оценки выделяемого водорода
Наиболее полным обобщением эмпирических данных о газовых потоках в различных геологических структурах Земли является работа [Войтов 1986]. В ней суммарный годовой поток водорода с поверхности Земли оценивается в 6,084 Тг, причем 4,48 Тг, или три четверти, выделяется в срединно-океанских хребтах. Несомненно, что вышеприведенная оценка суммарного потока водорода является заниженной, т.к. водородная дегазация в океане изучалась всего лишь в нескольких пунктах. При этом наиболее активной дегазация должна быть в рифтовых зонах на дне океанов в высоких южных широтах, т.е. вблизи Антарктиды, где по данным геофизических исследований [Андерсен, Дзевонский 1984] мантия наиболее разогрета. Изученность же водородной дегазации именно здесь нулевая. Надо также иметь ввиду, что глубинная дегазация процесс импульсный, т.е. для его количественной оценки нужны долговременные ряды наблюдений.
Однако о масштабах водородной дегазации можно судить по оценкам дегазации метана, который в сопоставимых количествах является спутником водорода в глубинных потоках, но в отличие от последнего, изучен намного лучше.
Годовой поток глубинного метана оценен Г.И. Войтовым в 223,51 Тг. В 1993 г. [Сывороткин 1993] мы указали на существенную недооценку эндогенной составляющей метанового потока в атмосферу и завышенную оценку биогенного метана. Там же были приведены наши оценки годового потока глубинного метана (4500 Тг) и 500 Тг биогенного, основанные на соотношении изотопов углерода в атмосферном метане, которые позднее [Сывороткин 2002] были скорректированы с учетом новейших изотопных данных до 2500—3000 Тг/год.
В более поздней работе [Войтов 1999] также на основании изотопии углерода атмосферного метана автор тоже пришел к выводу о том, что общепринятые оценки общего потока метана занижены в сотни раз. Подчеркнем, что сказанное относится и к потоку водорода, естественному спутнику метана в реальных газовых струях.
Модельные расчеты, выполненные авторами работы [Адушкин и др. 1997] показали, что глобальная скорость образования метана должна быть равна 2500—9000 Тг, что, по их мнению, в среднем в 5—6 раз превышает поток биогенного метана, «...что заставляет искать более мощные источники метана в Земле» [Адушкин и др. 1997].
Итак, по современным представлениям эндогенный поток озоноразрушающих газов (водорода и метана) в атмосферу исчисляется первыми тысячами террограммов (миллионов тонн).
Подходы озонной методики
1. Озонная методика предоставляет принципиальную возможность для количественной оценки глубинных водородных выбросов, т.к. озоновые карты оцифрованы. Общее содержание озона оценивается в единицах Добсона (Д.Е.), что уже сейчас позволяет в разах или процентах сравнивать мощность выбросов глубинных газов в различных участках планеты друг с другом.
2. Принципиально возможен перевод единиц Добсона в количественные показатели газовых концентраций. Для решения этой задачи нужна корреляция аномалий ОСО и синхронных вариаций концентрации водорода. Предварительный расчет проведен нами по данным, полученным на Кольском полуострове, исходя из следующих соображений — 28 апреля 2005 г. ОСО на озонометрической станции Мурманск в пределах линейной озоновой аномалии составило 375 Д.Е., а концентрация подпочвенного водорода на Хибинах — 60 ppm (рис. 13).
Рис. 13. Планетарное поле озона 28 апреля 2005 г.
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
14 июня 2006 г. ОСО в пределах озоновой аномалии над Кольским полуостровом составило 337 Д.Е. (рис. 14), а концентрация водорода на Хибинах — 100 ppm (рис. 15).
337Е.Д. = 100 PPM;
375 Е.Д = 60 PPM (27.04.05) -40Е.Д. = 40 PPM -1 Е.Д. = 1 PPM
Total ozone (DU) I Ozone tota! (UD)f 2006Ш14
Рис. 14. Поле ОСО в Северном полушарии 14 июня 2006 г.1
1 Здесь и ниже озоновые карты данного типа взяты с канадского сайта Select Ozone Maps по адресу: http://exp-studies.tor.ec.gc.ca/cgi-bin/selectMap
Изменение концентрации водорода на Хибинском массиве в июне 2006г. 100
Е 80 £ 60 £ 40 20
Рис. 15. Изменение концентрации водорода на Хибинском массиве в июне 2006 г.
Округлив разницу ОСО до -40 Д.Е., получим, что эта потеря была обеспечена прибавкой 40 ppm водорода, т.е. на уничтожение 1 единицы Добсона озона на Хибинах тратится 1 ppm водорода. Очевидно, что расчет этот не претендует на точность, но показывает принципиальную возможность количественной оценки выделения водорода по данным озонометрии.
3. Модельные расчеты Института динамики геосфер РАН [Адушкин и др. 2006] показывают, что для снижения ОСО на 10% на площади 10 000км2 на широте 70° требуется объемный выброс 0,05Тг водорода.
Модели ЦАО Росгидромета [Голубов, Крученицкий 1999] требуют для сходных эффектов на порядок меньшие количества водорода. Согласование и адаптация указанных моделей к другим широтам может обеспечить количественную оценку выбросов водорода по площади аномалий ОСО. Полагаем, что это самый перспективный путь к получению количественной оценки выбросов водорода в пределах конкретных геологических структур.
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
Временные закономерности водородного дыхания Земли
1. Процесс выделение глубинных газов крайне неравномерен не только в пространстве, но и во времени, т.е. эндогенная дегазация имеет импульсный характер, что необходимо учитывать при поисках, разведке и эксплуатации месторождений водорода. Мощность газовых выбросов может спонтанно увеличиваться в миллионы раз, а площадь такого газодинамического возмущения может охватывать сотни тысяч квадратных километров [Осика 1981; Маракушев, Маракушев 2010; Карпов и др. 1998]. Часто разрушение озонового слоя (усиление газовых выбросов) связаны с сейсмическими событиями [Тертышников 1999]. (рис. 16).
T0VS Т;|Щ Ozone Analysis (Dobson Units) dim ото Prediction Cenik/NCEP/NWS/NOAA
12/26/04- ' '
Рис. 16. Центры озоновых аномалий (сиреневое) над Зондским архипелагом в момент катастрофического цунамигенного землетрясения в Индийском океане 26 декабря 2004 г. (С сайта http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/stratosphere/to vsto/archive/latlon/2004/041226J^gif; крайний западный центр расположен непосредственно над эпицентром землетрясения).
100 12GW 6G* U S0E ЩЕ W
120 150 130 210 240 270 300 330 360 390 +20 450
Общепланетарная временная закономерность (по данным спутниковых карт ОСО) — усиление выделения водорода в конце года (рис. 17.а, б), что можно объяснить гравитационным влиянием Солнца на жидкое ядро Земли в перигелии околосолнечной орбиты. Интересно, что в афелии максимально проявлена частота вулканических извержений [Белов 1986], т.е. «горячая» дегазация планеты. Возможно, что в крайних точках эллиптической орбиты не только наиболее значима разница в гравитационном воздействии, но и происходит «коробление» планеты с раскрытием разломных структур из-за смены знака ускорения.
ОМІ Total Ozone Nov 1, 2004
ОМІ Total Ozone Nov 1, 2005
N1VR -FMI-rn -KNMI
GSFC
Dobson Units Dark Gray с 100 ard > 500 DU
N1VR - FMI-NA SA -KNMI
GSFC
Dobson Units Dark Gray с 100 and > 500 DU
(а)
(б)
Рис.17. Планетарное поле озона: (а) 1 ноября 2004 г.; (б) 1 ноября 2005 г.
На рис. 17 обращает на себя внимание сходство общепланетарной картины поля ОСО 1 ноября 2004 г. и 1 ноября 2005 г. Отметим, что озоновые дыры с центром в Западной Европе и с параметрами (размеры и потери ОСО) близкими к антарктическим не привлекли никакого внимания СМИ, а также научной общественности.
Special issue 'The Earth Planet System' Spezialausgabe 'System Planet Erde
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
2. Та же закономерность установлена в ЦАО Росгидромета по анализу рядов наземных озонометрических станций [Атлас климатических карт... 1990].
3. На Хибинском массиве нами получен непрерывный ряд подпочвенной концентрации водорода за 2007 г. (интервал записи — 5 мин), на рис. 18 он разрежен до 10-тиминутных сигналов [Сывороткин и др. 2008].
Рис. 18. Концентрации подпочвенного водорода на Хибинском массиве в 2007 г. (по вертикальной оси показания прибора в милливольтах).
Для его обработки использована методика фликкер-шумовой спектроскопия [Тимашев 2007].
Рис.19. Спектры мощности подпочвенной концентрации водорода на Хибинских горах в 2007 г.
Анализ спектров мощности полученных сигналов в низкочастотном интервале (рис. 19) выявил следующие периоды всплесков концентрации: 60,9; 34,7; 13,9; 8,5; 7,2; 6,1; 4,9; 3,1; 2,9; 1,37 суток; 24,1 часа (основной); 12 час. Здесь очевидно проявлены космические ритмы, связанные с характером движения Земли в околосолнечном пространстве — суточный и полусуточный (вращение Земли вокруг собственной оси); (7,2 и 13,9 суток) — лунные фазы.
Объясняются они гравитационным воздействием Луны на земное ядро — главный резервуар планетарного водорода. «Шевеление» внутреннего твердого ядра в жидком приводит к усилению выбросов водорода. Короткопериодные вариации усиления импульсов дегазации коррелируют также с вариациями скорости вращения планеты.
Источник глубинного водорода
Проблема источника потоков глубинного водорода крайне важна с точки зрения поисков его месторождений, а главное, перспектив его добычи. Однако вопрос этот дискуссионный, в литературе представлены три основные точки зрения о глубинности источников водорода:
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
A. Коровая, относительно недавно отечественные ученые обратили внимание на выделение свободного водорода на срединно-океанических хребтах. Объяснение — процессы серпентинизации (ГИН РАН, ГЕОХИ РАН), реакции железосодержащих минералов с морской водой (ИО РАН).
Б. Мантийная — водород, также как и другие газы, выделяется в процессе «зонной плавки» мантии [Виноградов 1964].
B. Ядерная — источником водорода является внешнее ядро Земли (Ларин, Маракушев, Ритманн и др.).
Озонная методика позволяет однозначно ответить на этот вопрос. В Антарктике часто синхронно возникают несколько линейных аномалий, идущих от Южного полюса до тропических широт (рис. 3) над срединно-океанскими хребтами, что указывает на источник водорода — жидкое ядро Земли.
Рассуждение очень простое, ни один из вышеперечисленных механизмов образования глубинного водорода (зонная плавка, серпентинизация ультрабазитов, реакции с железом) не способен синхронно «включаться и выключаться» в течение часов и первых суток в рифтовых структурах сразу в двух-трех океанах и на протяжении тысяч километров. Такой эффект способен вызвать только единый источник, т.е. ядро Земли. О том же говорят и космические ритмы газового дыхания планеты, выявленные нами на Хибинах.
Возникает вопрос, каким образом водород из ядра Земли может мгновенно попадать в атмосферу. Так же как и вода из водонапорной башни попадает к нам в квартиру. Открывая кран, мы сразу видим струю воды, хотя источник его находится очень далеко. По этой аналогии мы можем утверждать, что в мантии земли существуют водородопро-воды, идущие от поверхности ядра до земной поверхности. Водород в этой системе должен быть монофазным, т.е. молекулярным газом.
Ограничения озонного метода изучения водородной дегазации
Ограничения озонного метода изучения водородной дегазации Земли связаны, в первую очередь, с разнообразием процессов формирующих озоновый слой планеты, как конструктивных, так и деструктивных. Главными из них являются динамика атмосферы, флуктуации магнитного поля Земли [Кондратович и др. 1988], флуктуации солнечной активности, вулканические извержения. При количественной оценке газового дыхания планеты они являются помехами, их нужно (и можно) учитывать. Но на качественную картину они существенно не влияют.
Исключением является только зона внутритропической конвергенции, где интенсивные пассатные потоки часто «размазывают» водородные выбросы, маскируя их локализацию, т.е. местоположение центров дегазации. Однако среди тысяч карт ОСО присутствует много таких, где эта локализация отчетливо проявлена. Нужно понимать, что водородный след в озоновом слое это результат сочетания интенсивности выброса и интенсивности воздушной динамики. Крайние случаи:
мощный выброс + спокойная атмосфера = отчетливая отрицательная аномалия ОСО; слабый выброс + сильный ветер = отсутствие аномалии.
Все остальные случаи — вариации между крайними.
Технологически обусловленным недостатком спутниковых карт является отсутствие данных для полярных регионов в зимний (темный) период, т.к. приборы ТОМС работают «по солнечному свету». Но эти утраты покрываются картами ОСО, составленными по данным наземных станций, большинство которых (зарубежных) оснащено приборами, работающими и по лунному свету.
Выводы
В озонном поле Земли находят четкое отображение тектонические структуры различного масштаба. Планетарные, протяженностью в несколько тысяч километров, например, участки срединно-океанических рифтов; региональные — сотни километров (разломы, рифты, грабены, зоны древнего кимберлитового магматизма). Минимальными различимыми геологическими объектами являются отдельные магматические массивы, например, Печенга на Кольском полуострове.
Информация, которую дает предлагаемая методика, заключается в локализации центров глубинной дегазации, оценка ее (дегазации) интенсивности, выявление временных закономерностей в масштабе планеты.
Регионы наиболее интенсивной (по частоте выбросов) дегазации — Зондский архипелаг и Тихий океан, Антарктика, особенно приантартический участок ВТП, северный участок САХ, северный (континентальный) участок ВТП, СевероВосточная котловина Тихого океана.
По мощности газовых выбросов (глубине озоновых аномалий) лидирует Антарктида, затем Северная Атлантика, риф-товые структуры Северного Ледовитого океана и Западная Европа. Здесь активно дегазирующими структурами являются Рейнско-Ливийская рифтовая зона и, особенно, рифтовые структуры Балтийского моря, в первую очередь, Ботнический залив (рис. 21).
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
Deviations (%) / Ecarts (%), 1998/01/01 Deviations (%) / Ecarts (%), 2011 /03/22
Рис. 21. Карта озоновых аномалий Северного полушария 1 ян- Рис. 22. Карта озоновых аномалий Северного полушария 22
варя 1998 г. марта 2011 г.
Максимальное за весь период наблюдений разрушение озонового слоя над Северным полушарием было зафиксировано в марте 2011 г., в период так называемого Суперлуния. В эти дни потери озона в нижнем течении р. Лены достигали 50% (рис. 22), т.е. в рамках нашей концепции здесь было зафиксированы самые мощные выброса глубинного водорода. Вся же аномалия в этот день имела линейную форму и располагалась точно над подводными рифтовыми хребтами Ломоносова и Гаккеля.
Перспективными регионами для добычи водорода являются: в мире — Антарктида, в Западной Европе Ботнический залив, грабены Осло, Рейнский, Рона. В России — алмазные трубки Сибири, в первую очередь трубка Удачная. В европейской части России — магматические массивы Кольского полуострова, в первую очередь, Печенга (Никель), далее Хибинский и Лавоозерский и Кандагубский.
Перспективным для поисков является и северная часть Воронежской антиклизы (сопредельные районы Воронежской и Липецкой областей). На рис. 10 и 11.а. этот район выделяется как центр разрушения озонового слоя, по частоте образования аномалий ОСО, т.е. по выбросам водорода он занимает второе место после Якутского центра! Источником водородных выбросов здесь могут быть погребенные кимберлитовые трубки.
Наиболее целесообразной добыча глубинного водорода может оказаться в Антарктиде. С одной стороны, здесь самые мощные потоки водорода, с другой — самая высокая стоимость доставки иных видов энергии. Одной из главных причин закрытия антарктических станций в России в начале 90-ых годов стало резкое повышение стоимости топлива. С этой точки зрения наиболее эффективно добывать водород в районе ст. Восток, тем более, что бурение уже ведется для изучения оз. Восток.
Перспективные участки в Антарктиде находятся на продолжении срединно-океанских рифтов над погребенными внутриконтинентальными рифтовыми структурами (рис. 23). Изучение озонных карт Антарктиды довольно точно могут указать места наиболее интенсивной водородной дегазации. Иных методов поисков месторождений водорода в условиях Антарктиды под ледяным покровом толщиной в километры просто нет.
EP/TOMS Total Ozone Feb 7, 1998
Рис. 23. Планетарное поле ОСО 7 февраля 1998 г.
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 4. Вып. 1 • 2013 Специальный выпуск СИСТЕМА ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 4, issue 1 Special issue 'The Earth Planet System'
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Band 4, Ausgabe 1 Spezialausgabe 'System Planet Erde
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
ЛИТЕРАТУРА
1. Адушкин В.В., Кудрявцев В.П., Хазинс В.М. Водородная дегазация Земли и озоновые аномалии / / Докл.
РАН. 2006. Т. 406. № 2. С. 242-243.
2. Адушкин В.В., Кудрявцев В.П., Хрусталев А.Б. О потоках метана в атмосфере / / Физические проблемы
экологии. Тез. докл. Всерос. науч. конф. М.: Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 1997. Т. 1. С. 6-7.
3. Андерсон Д.Л., Дзевонский А.М. Сейсмическая томография // В мире науки. 1984. № 12. С. 16 — 25.
4. Атлас климатических карт общего содержания и парциального давления озона / Под ред. В.И. Бекорюкова.
М.: Гидрометеоиздат, 1990. 184 с.
5. Белов С.В. О периодичности современного и древнего вулканизма / / Докл. АН СССР. 1986. Т. 291. № 2.
С. 421—425.
6. Бюллетень о состоянии озонового слоя. Вып. 1. Долгопрудный: Центральная Аэрологическая Обсервато-
рия, 1992.
7. Бюллетень о состоянии озонового слоя. Вып. 2. Долгопрудный: Центральная Аэрологическая Обсервато-
рия, 1992.
8. Бюллетень о состоянии озонового слоя. Вып. 3 Долгопрудный: Центральная Аэрологическая Обсервато-
рия, 1993.
9. Бюллетень о состоянии озонового слоя. Вып. 4. Долгопрудный: Центральная Аэрологическая Обсервато-
рия, 1993.
10. Бюллетень о состоянии озонового слоя. Вып. 5. Долгопрудный: Центральная Аэрологическая Обсервато-
рия, 1994.
11. Бюллетень о состоянии озонового слоя. Вып. 6. Долгопрудный: Центральная Аэрологическая Обсервато-
рия, 1994.
12. Бюллетень о состоянии озонового слоя. Вып. 7. Долгопрудный: Центральная Аэрологическая Обсервато-
рия, 1995.
13. Бюллетень о состоянии озонового слоя. Вып. 8. Долгопрудный: Центральная Аэрологическая Обсервато-
рия, 1995.
14. Бюллетень о состоянии озонового слоя. Вып. 9. Долгопрудный: Центральная Аэрологическая Обсервато-
рия, 1996.
15. Виноградов А.П. Газовый режим Земли / / Химия земной коры. Труды Геохимической конференции, по-
священной столетию со дня рождения академика В.И. Вернадского. Т. 2. М.: Наука, 1964. С. 5 — 21.
16. Воздействие явления Эль-Ниньо 1997—1998 гг. на озоновый слой Земли / А.А. Черников, Ю.А. Борисов,
А.М. Звягинцев, Г.М. Крученицкий, С.П. Перов, Н.С. Сидоренков, О.В. Стасюк / / Метеорология и гидрология. 1998. № 3. С. 104 — 110.
17. Войтов Г.И. О холодной дегазации метана в тропосферу Земли / / Теоретические и региональные про-
блемы геодинамики. Труды Геологического ин-та РАН. Вып. 515. М.: Наука, 1999. С. 242 — 251.
18. Войтов Г.И. Химизм и масштабы современного потока природных газов в различных геоструктурных зо-
нах Земли // Журнал Всесоюзн. хим. общества. 1986. Т. 31. № 5. С. 533 — 539.
19. Геология и генезис алмазных месторождений. В 2 кн. Кн. 1. М.: Мингео СССР, ЦНИГРИ, 1989. 242 с.
20. Голубов Б.Н., Крученицкий Г.М. Изучение дегазации полостей подземных ядерных взрывов как фактора
загрязнения атмосферы республики Саха — Якутия / / Промежуточный отчет: Рукопись. Научный совет по проблемам биосферы при Президиуме РАН, М.: ЦАО Росгидромета РФ, 1999. 178 с.
21. Гущенко И.И. Извержения вулканов мира: Каталог. М.: Наука, 1979. 474 с.
22. Изменчивость озонового слоя в период 1979 — 1999 гг. / А.А. Черников, Ю.А. Борисов, А.М. Звягинцев,
Г.М. Крученицкий, С.П. Перов / / Оптика атмосферы и океана. 2000. № 1. С. 1 — 6.
23. Икорский С.В., Нивин В.А., Припачкин В.А. Геохимия газов эндогенных образований. СПб.: Наука, 1992.
179 с.
24. Карпов И.К., Зубков В.С., Бычинский В.А., Артименко М.В. Детонация в мантийных потоках тяжелых уг-
леводородов // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. № 6. С. 754 — 762.
25. Кондратович В.П., Осечкин В.В., Гниловский Е.В. О роли парамагнитных свойств молекулярного
кислорода атмосферы в механизме формирования климатических максимумов общего содержания озона / / Атмосферный озон: Сборник научных трудов (межвузовский). Л.: Ленингр. гидрометеорол. институт, 1988. С. 42 — 51.
26. Космогеология СССР / Под ред. В.Н. Брюханова, Н.В. Межеловского. М.: Недра, 1987. 348 с.
27. Маракушев А.А. Происхождение Земли и природа ее эндогенной активности. М.: Наука, 1999. 255 с.
28. Маракушев А.А., Маракушев С.А. Происхождение и флюидная эволюция Земли / / Пространство и
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
Время. 2010. № 1. С. 98 — 118.
29. Милановский Е.Е. Рифтогенез в истории Земли: Рифтогенез на древних платформах. М.: Недра, 198З. 280 с
30. Наша Земля (происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли). М.: Агар,
2005. 242 с.
31. Осика Д.Г. Флюидный режим тектонически-активных областей. М.: Наука, 1981. 204 с.
32. Перов С.П., Xpгиан А^. Современные проблемы атмосферного озона. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 287 с.
33. Поляк Б.Г., Толстихин И.Н., Якуцени В.П. Изотопный состав гелия и тепловой поток - геохимический и
геофизический аспекты тектогенеза / / Геотектоника. 1979. № 5. С. З — 2З.
34. Ритман А. Вулканы и их деятельность. М.: Мир, 1964. 4З7 с.
35. Содержание озона над Россией и прилегающими территориями в 1999 г. / А.А. Черников, Ю.А. Бори-
сов, А.М. Звягинцев, Н.С. Иванова, Г.М. Крученицкий / / Метеорология и гидрология. 2000. № 2.
С. 120 — 126.
36. Сывороткин В.Л. Водородная съемка на щелочных массивах Кольского полуострова // Дегазация Земли:
геофлюиды, нефть и газ, парагенезы в системе горючих ископаемых. Тезисы докладов Международной конференции, Москва З0, З1 мая — 1 июня 2006 г. М.: ГЕОС, 2006.а. С. 25З — 254.
37. Сывороткин В.Л. Глубинная дегазация и глобальные катастрофы. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2002. 250 с.
38. Сывороткин В.Л. Глубинная дегазация как фактор осадконакопления. Новый метод изучения процесса
глобальной дегазации / / Осадочные процессы: седиментогенез, литогенез, рудогенез (эволюция, типизация, диагностика, моделирование). Материалы 4-го Всероссийского совещания (Москва, 7 — 9 ноября 2006 г.). Т. 1. М.: ГЕОС, 2006.б. С.197-198.
39. Сывороткин В.Л. Дегазация Земли и разрушение озонового слоя / / Природа. 199З. № 9. С. З5—45.
40. Сывороткин В.Л. Климатические изменения, аномальная погода и глубинная дегазация / / Пространство
и Время. 2010. № 1. С. 145 — 154.
41. Сывороткин В.Л. Мировая система рифтов — меридианов / / Проблемы эволюции тектоносферы (к 90-
летию со дня рождения В.В. Белоусова). М.: ОИФЗ РАН, 1997. С. 159 — 177.
42. Сывороткин В.Л. Рифтогенез и озоновый слой. М.: АОЗТ «Геоинформмарк», 1996. 62 с.
43. Сывороткин В.Л. Экспериментальное подтверждение водородной концепции разрушения озонового
слоя Земли // Система планета Земля (Нетрадиционные вопросы геологии). Материалы XШ научного семинара. М.: РОО «Гармония строения Земли и планет», 2005. С. 265 — 267.
44. Сывороткин В.Л., Нивин В.А., Тимашев С.Ф. Мониторинг выделения водорода в Xибинских горах / / Де-
газация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть, газ и их парагенезы. Материалы всероссийской конференции, 22 — 25 апреля 2008 г. М.: ГЕОС, 2008. С. 477—479.
45. Тазиев Г. На вулканах Суфриер, Эребус, Этна. М.: Мир, 1987. 26З с.
46. Тертышников А.В. Сейсмоозонные эффекты и проблема прогнозирования землетрясений. СПб.: ВИКУ
им. Можайского, 1999. 197 с.
47. Тимашев С.Ф. Фликкер-шумовая спектроскопия: информация в хаотических сигналах. М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2007. 248 с
48. Щербаков А.В., Козлова Н.Д. Водородные аномалии в подземных флюидах глубинных разломов земной
коры / / Геотектоника. 1988. № 2. С. 56 — 66.
49. Энциклопедия региональной геологии Мира. Западное полушарие (включая Антарктиду и Австралию)
/ Под ред. Р.у. Фейрбриджа. Л.: Недра, 1980. 511 с.
50. Forsyth D.W. "The Big MELT. The Mantle Electromagnetic and Tomography Experiment was the Largest Sea-
floor Geophysical Experiment Ever Mounted." Oceanus 41.2 (1998): 27—З1
51. Syvorotkin V.L. "Hydrogen Degassing of the Earth: Natural Disasters and the Biosphere." Man and the Geosphere.
Ed.: I.V. Florinsky. New York, Nova Science Publisher, Inc., 2010, pp. З07—З47
52. Walker D. A. "More Evidence Indicates Link Between El Nino and Seismicity." EOS Trans. AGU 76.4 (1995): ЗЗ—З4.
53. Welham J., Graig H. "Methane and Hydrogen in East Pacific Rise Hydrothermal Fluids." Geophys. Res. Lett. 6.11
(1989): 829 — 8З1.
Цитирование по ГОСТ Р 7.0.11—2011:
Сывороткин, В. Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли [Электронный ресурс] / В.Л. Сывороткин // Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. — 2013. — Т. 4. — Вып. 1: Система Планета Земля — Стационарный сетевой адрес: 2227-9490e-aprovr_e-ast4-1.2013.21
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
OZONE METHOD FOR EARTH HYDROGEN DEGASSING STUDY
Vladimir L. Syvorotkin, D.Sc. (Geology and Mineralogy), Senior Researcher, Geological Faculty of Lomonosov Moscow State University
E-mail: [email protected]
Hydrogen degassing of the planet is a fundamental process governing its development, which often manifest themselves as natural disasters: earthquakes, volcanic eruptions, hurricanes, and suffocation of marine biota, ozone depletion, and weather anomalies. Main hydrogen degassing channels conjugate in space with major oil-and-gas bearing regions. Crucial issue is the search for natural deposits of hydrogen for its use as an environmentally clean and economical energy source. Study and practical implementation of these aspects of hydrogen degassing should be based on fundamental laws of degassing centers spatial distribution as well as on regularities of temporal mode of hydrogen evolution and its quantitative evaluation. However, published data characterizing hydrogen degassing of the planet as a whole and its individual regions, extremely scanty. These data are scarce, obtained at different times and by different authors using diverse techniques. On this basis, it is impossible to get an idea of the spatial and temporal patterns of hydrogen degassing.
We propose ozone methodology for studying the global hydrogen degassing that allows seeing the planetary hydrogen evolution on the computer screen, almost in real time. This technique is based on the "hydrogen" concept of ozone depletion implying synchronism of hydrogen degassing amplification process and reducing the total ozone (TO) over centers of degassing. Thus, we propose to consider the negative anomalies of total ozone maps for TO as traces hydrogen emissions. This method is convenient because it uses TO maps and maps of ozone anomalies that are published daily in open access since 1978. Digitization of ozone maps gives an indication of the quantitative parameters of degassing. This technique is indispensable for finding hydrogen deposits, as well as for express assessment of environmental threats at any part of the planet.
Keywords: deep degassing, hydrogen, maps of total ozone, ozone anomalies, method for hydrogen deposits' searching, rapid assessment of environmental threats.
References:
1. Adushkin V.V., Kudryavtsev V.P., Khazins V.M. "Hydrogen Degassing of the Earth and Ozone Anomalies."
Doklady Earth Sciences 406.2 (2006): 242 — 243. (In Russian).
2. Adushkin V.V., Kudryavtsev V.P., Khrustalev A.B. "On Flows of Methane in the Atmosphere." Trudy Vse-
rossiyskoy Nauchnoy Konferentsii "Fizicheskie Problemy Ekologii" [Proceedings of the Scientific Conference "Physical Problems of Ecology"]. Moscow: Fizichesky fakultet MGU im. M.V. Lomonosova Publisher, 1997,
vol. 1, pp. 6 — 7. (In Russian).
3. Anderson D.L., Dzevonski A.M. "Seismic Tomography." In the World of Science 12 (1984): 16 — 25. (In Russian).
4. Bekoryukov V.I. ed. Atlas of Climatic Charts of Total and Partial Pressure of Ozone. Moscow: Gidrometeoizdat Pub-
lisher, 1990. 184 p. (In Russian).
5. Belov S.V. "On the Periodicity of Modern and Ancient Volcanism." Doklady Earth Sciences 291.2 (1986): 421 —425.
(In Russian).
6. Bryukhanov V.N., Mezhelovski N.V. Cosmogeology of the USSR, Moscow: Nedra Publisher, 1987. 348 p. (In Russian).
7. Bulletin on the Ozone Layer Status. Dolgoprudny: Tsentralnaya Aerologicheskaya Observatoriya Publisher.
1992 — 1996, issues 1 — 9. (In Russian).
8. Chernikov A.A., Borisov Yu.A., Zvyagintsev A.M., Ivanova N.S., Kruchenitskiy G.M. "Ozone Content over Rus-
sia and Surrounding Territories in 1999." Meteorology and Hydrology 2 (2000): 120 — 126. (In Russian).
9. Chernikov A.A., Borisov Yu.A., Zvyagintsev A.M., Kruchenitsky G.M., Perov S.P., Sidorenkov N.S., Stasyuk
O.V. "The Impact of the El Nino of 1997-1998 on the Ozone Layer of the Earth." Meteorology and Hydrology 3 (1998): 104 — 110. (In Russian).
10. Chernikov A.A., Borisov Yu.A., Zvyagintsev A.M., Kruchenitsky G.M., Perov S.P. "Ozone Layer Variability in
the Period of 1979-1999." Atmosphere and Ocean Optics 1 (2000): 1 — 6. (In Russian).
11. Fairbridge R.W. ed. Encyclopedia of World Regional Geology. Western Hemisphere (Including Antarctica and Austral-
ia). Leningrad: Nedra Publisher, 1980. 511 p. (In Russian).
12. Forsyth D.W. "The Big MELT. The Mantle Electromagnetic and Tomography Experiment was the Largest Sea-
floor Geophysical Experiment Ever Mounted." Oceanus 41.2 (1998): 27—31
13. Geology and Genesis of Diamond Deposits. Moscow: Mingeo SSSR Publisher, TsNIGRI Publisher. 1989, book 1,
242 p. (In Russian).
14. Golubov B.N., Kruchenitsky G.M. "Study of Degassing of Underground Nuclear Explosions' Cavities as a Factor
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
of Air Pollution in Republic of Sakha — Yakutiya." Manuscript of Interim Report of the Scientific Council on the Biosphere at the RAS Presidium. Moscow: TsAO Rosgidrometa RF Publisher, 1999. 178 p. (In Russian).
15. Gushchenko I.I. Volcano Eruptions of the World: Catalog. Moscow: Nauka Publisher, 1979. 474 p. (In Russian).
16. Ikorskiy S.V., Nivin V.A., Pripachkin V.A. Geochemistry of Gases of Endogenous Formations. St. Petersburg: Nauka
Publisher, 1992. 179 p. (In Russian).
17. Karpov I.K., Zubkov V.S., Bychinskiy V.A., Artimenko M.V. "Detonation in Mantle Flows of Heavy Hydrocar-
bons." Geology and Geophysics 39.6 (1998): 754 — 762. (In Russian).
18. Kondratovich V.P., Osechkin V.V., Gnilovskiy E.V. "On the Role of the Paramagnetic Properties of Atmospheric
Molecular Oxygen in the Formation Mechanism of Climatic Highs of Total Ozone." Atmospheric Ozone. Leningrad: Leningradsky gidrometeorologiesky institute Publsher, 1988, pp. 42 — 51. (In Russian).
19. Marakushev A.A. Origin of the Earth and the Nature of Its Endogenous Activity. Moscow: Nauka Publisher, 1999.
255 p. (In Russian).
20. Marakushev A.A., Marakushev S.A. "Origin and Fluidic Evolution of the Earth." Prostranstvo i Vremya [Space and
Time]. 1 (2010): 98 — 118. (In Russian).
21. Milanovsky E.E. Rifting in the History of the Earth: Rifting on Ancient Platforms. Moscow: Nedra Publisher, 1983. 280 p.
22. Osika D.G. Fluidic Regime of Tectonically Active Regions. Moscow: Nauka Publisher, 1981. 204 p. (In Russian).
23. Our Earth (Origin, Composition, Structure and Development of the Originally Hydride Earth). Moscow: Agar Publish-
er, 2005. 242 p. (In Russian).
24. Perov S.P., Khrgian A.Kh. Modern Problems of Atmospheric Ozone. Leningrad: Gidrometeoizdat Publisher, 1980.
287 p. (In Russian).
25. Polyak B.G., Tolstikhin I.N., Yakutseni V.P. "The Isotopic Composition of Helium and Heat Flow - Geochemical
and Geophysical Aspects of Tectogenesis."Geotectonic. 5 (1979): 3 — 23. (In Russian).
26. Rittmann A. Volcanoes and Their Activity. Moscow: Mir Publisher, 1964. 437 p. (In Russian).
27. Shcherbakov A.V., Kozlova N.D. "Hydrogen Anomalies in Underground Fluids of Deep Crustal Faults." Geotec-
tonics 2 (1988): 56 — 66. (In Russian).
28. Syvorotkin V.L. "Climatic Change, Anomalous Weather and Deep Degassing." Prostranstvo i Vremya [Space and
Time]. 1 (2010): 145 — 154. (In Russian).
29. Syvorotkin V.L. "Deep Degassing as a Factor of Sedimentation. A New Method of Studying the Process of Global
Degassing." Osadochnye Protsessy: Sedimentogenez, Litogenez, Rudogenez (evolyutsiya, Tipizatsiya, Diagnostika, Modelirovanie). Materialy 4-go Vserossiyskogo Soveshchaniya (Moskva, 7 — 9 Noyabrya 2006 G.) [Sedimentary Processes: Sedimentation, Lithogenesis, Ore Genesis (evolution, Typing, Diagnostics, Simulation). Proceedings of the 4th All-Russian Conference (Moscow, 7-9 November 2006)]. Moscow: GEOS Publisher, 2006.b, pp.197— 198. (In Russian).
30. Syvorotkin V.L. "Degassing of the Earth and the Ozone Layer Destruction." Priroda [Nature]. 9 (1993): 35—45. (In
Russian).
31. Syvorotkin V.L. "Experimental Confirmation of the Concept of the Hydrogen Depletion of the Earth's Ozone
Layer." Sistema Planeta Zemlya (Netraditsionnye Voprosy Geologii). Materialy XIII Nauchnogo Seminara [System Planet Earth (Unconventional Matters of Geology). Proceedings of XIII Scientific Seminar]. Moscow: ROO «Garmoniya stroeniya Zemli i planet», Publisher, 2005, pp. 265 — 267. (In Russian).
32. Syvorotkin V.L. "Hydrogen Degassing of the Earth: Natural Disasters and the Biosphere." Man and the Geosphere.
Ed.: I.V. Florinsky. New York, Nova Science Publisher, Inc., 2010, pp. 307 — 347
33. Syvorotkin V.L. "Hydrogen Shooting on the Alkaline Massifs of the Kola Peninsula." Degazatsiya Zemli: Geof-
lyuidy, Neft' I Gaz, Paragenezy V Sisteme Goryuchikh Iskopaemykh. Tezisy Dokladov Mezhdunarodnoy Konfer-entsii, Moskva 30, 31 Maya — 1 Iyunya 2006 G. [Degassing of the Earth: Deep Fluids, Oil & Gas, Paragenesis in the System of Fossil Fuels. Proceedings of the International Conference, Moscow 30 May 31 - June 1, 2006]. Moscow: GEOS Publisher, 2006.а, pp. 253 — 254. (In Russian).
34. Syvorotkin V.L. "World System of Rifts - Meridians." Problems of Tectonosphere Evolution (On the 90th Anniversary
of V.V. Belousov). Moscow: OIFZ Publisher, 1997, pp. 159 — 177. (In Russian).
35. Syvorotkin V.L. Deep Degassing and Global Catastrophes. Moscow: ZAO Geoinformmark Publisher, 2002. 250 p.
36. Syvorotkin V.L. Rifting and the Ozone Layer. Moscow: ZAO Geoinformmark Publisher, 1996. 62 p. (In Russian).
37. Syvorotkin V.L., Nivin V.A., Timashev S.F. "Monitoring of Hydrogen Evolution at the Khibiny Mountains."
Degazatsiya Zemli: Geodinamika, Geoflyuidy, Neft', Gaz I Ikh Paragenezy. Materialy Vserossiyskoy Konferentsii, 22 — 25 Aprelya 2008 G. [Degassing of the Earth: Geodynamics, Geofluids, Oil, Gas and Their Paragenesis. Proceedings of All-Russian Conference, 22 — 25 April 2008]. Moscow: GEOS Publisher, 2008, pp. 477—479. (In Russian).
38. Taziev G. At Soufriere, Erebus, and Etna Volcanoes. Moscow: Mir Publisher, 1987. 263 p. (In Russian).
39. Tertyshnikov A.V. Ozone-seismic Effects and the Problem of Earthquake Prediction. St. Petersburg: VIKU im.
Mozhayskogo Publisher, 1999. 197 p. (In Russian).
Сывороткин В.Л. Озонная методика изучения водородной дегазации Земли
40. Timashev S.F. Flicker Noise Spectroscopy: The Information in Chaotic Signals. Moscow: Fizmatlit Publisher, 2007.
248 p. (In Russian).
41. Vinogradov A.P. "Gas Regime of the Earth." Khimiya Zemnoy Kory. Trudy Geokhimicheskoy Konferentsii,
Posvyashchennoy Stoletiyu So Dnya Rozhdeniya Akademika V.I. Vernadskogo [Chemistry of the Earth's Crust. Proceedings of Geochemical Conference Dedicated to the of Academician V.I. Vernadsky Centenary of the Birth]. Moscow: Nauka Publisher, 1964, vol. 1, pp. 5 — 21. (In Russian).
42. Voytov G.I. "On Cold Methane Degassing in the Earth's Troposphere." Theoretical and Regional Problems of Geody-
namics. Proceedings of the Geological Institute of the Russian Academy of Sciences. Moscow: Nauka Publisher, 1999, issue 515, pp. 242 — 251. (In Russian).
43. Voytov G.I. "The Chemistry and Scale of Modern Flow of Natural Gases in Various Geostructural Zones of the
Earth." Journal of the All-Union Chemical Society 31.5 (1986): 533 — 539. (In Russian).
44. Walker D. A. "More Evidence Indicates Link Between El Nino and Seismicity." EOS Trans. AGU 76.4 (1995): 33 — 34.
45. Welham J., Graig H. "Methane and Hydrogen in East Pacific Rise Hydrothermal Fluids." Geophys. Res. Lett. 6.11
(1989): 829 — 831.
Cite MLA 7:
Syvorotkin, V. L. "Ozone Method for Earth Hydrogen Degassing Study." Elektronnoe nauchnoe izdanie Al'manakh Prostranstvo i Vremya Spetsialny vypusk Sistema planeta Zemlya [Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time. Special Issue 'The Earth Planet System'] 4.1 (2013). Web. <2227-9490e-aprovr_e-ast4-1.2013.21>. (In Russian).
