Лед Байкала заполняют большие и красивые пузыри. Они горят, как факел
Каждую зиму во льдах Байкала появляются необычные белые пузыри разного диаметра. И их можно поджечь. Это метан, который образуется при разложении газогидратов, которые называют топливом будущего. «360» узнал у замдиректора по науке Лимнологического института Сибирского отделения РАН, профессора Вадима Анненкова, откуда в Байкале метан и как его можно использовать.
Что такое газогидраты
Газогидраты — это соединения газа, например метана и воды, стабильные только при высоком давлении и низкой температуре. Представляют собой твердую массу белого цвета, похожую на лед.
«Если на дне водоема, на глубине от 500 метров и более, происходит выход метана на поверхность, то получается это соединение. При подъеме на поверхность давление уменьшается, а температура растет, поэтому газогидрат разлагается на метан и воду», — добавил Анненков.
Если сделать в таком пузыре отверстие и поднести спичку, то метан начнет гореть, как большая газовая конфорка.
Добыча газогидратов
В мировом океане достаточно большие залежи газогидратов, пояснил профессор. Потому что морские обитатели, умирая, падают на дно и разлагаются, выделяя метан, из которого образуются газовые гидраты. Давление там высокое, температура низкая, и они спокойно «хранятся» на дне. Эти месторождения считаются большим резервным запасом природного газа.
Проблема заключается в добыче газогидратов. Пока не существует ни одной технологии, которая сделает процесс рентабельным. Сейчас это так же выгодно, как добывать золото из морской воды. Потому что газогидраты в большом количестве нужно поднимать со дна моря. Или под водой разогревать, чтобы соединение распалось и газ пошел бы наверх
Ситуация такая же, какая была в свое время с нефтью, уточнил эксперт. Раньше разработка некоторых месторождений считалась нерентабельной, но со временем ситуация изменилась: нефть подорожала, а технологии шагнули вперед.
Пузыри на Байкале
Озеро — хорошая природная лаборатория для разных исследований. По словам эксперта, сотрудники института провели несколько совместных экспедиций с японскими учеными. Япония интересуется газогидратами. Ведь у страны нет ни одного собственного месторождения топлива, а море есть. Поэтому японцам хотелось бы иметь свой источник энергии.
С одной стороны, Байкал имеет океаническую глубину — в полтора километра, на дне образуются приличные морские газогидраты. С другой стороны, для исследований не нужны большой лайнер, самолеты и так далее. Иркутск расположен всего в 60 километрах от Байкала, то есть в доступности лаборатории, логистика и нужная инфраструктура. Часто для экспедиции хватает одного дня
Опасения парникового эффекта
Метан — один из газов, создающих парниковый эффект. Другими такими соединениями являются водяные пары, углекислый газ и озон. Но разложение газогидратов — естественный процесс, все равно метан выбрасывается на поверхность, напомнил профессор.
Этот газ выделяет любая гниющая органика, болота и вулканы, которые, по некоторым данным, выделяют метана больше, чем люди в результате хозяйственной деятельности. К тому же часть газа в виде кристаллов «захоранивается» на дне. А если начнется промышленная добыча, то нет разницы, «доставать» его как обычно или в виде газогидратов.
Влияние на экологию
Газогидраты, подчеркнул Анненков, являются частью экологии озера, так же как омуль или нефть, месторождения которой есть на дне. Поэтому в Байкале живут микроорганизмы, питающиеся нефтью и метаном. Это тысячелетиями существующая уникальная экологическая система, охраняемая государством. Закон «Об охране озера Байкал» установил на этой территории особый режим, запретив многие виды деятельности.
Никакой промышленной добычи газа на Байкале не было и, думаю, не будет. Да и не так уже его много там на самом деле. Его в виде газогидратов лучше добывать в морях, причем относительно теплых. Газ образуется из умерших организмов. А Байкал, по большому счету, малонаселенное озеро. Это не Мексиканский залив, где много живности
Повышенный интерес к газовым гидратам на Байкале обусловлен тем, что с озером легко и просто работать. Стоимость экспедиций на кораблях московского Института океанологии на несколько порядков выше, чем экспедиции Лимнологического института, заключил профессор.
Источник
Замерзшие пузыри
Зимние чудеса природы как всегда поражают невероятным разнообразием и оригинальностью своих проявлений. Предлагаем вам статью еще об одном феномене взаимодействия природных стихий в холодное время года – Замерзшие пузыри подо льдом.
Пузыри подо льдом на озере Абрахама
В основе этого явления лежат процессы жизнедеятельности подводных растений и животных, а так же образование метана вследствие разложения растительности на дне водоемов. Вода вокруг пузырьков газа замораживается, не позволяя им достигнуть поверхности водоема.
Естественно, такое явление возможно только при совпадении определенных условий и сильной геотермальной активности. Температура должна понижаться очень быстро, практически на 10 градусов в сутки и достигать в среднем -30 градусов. Так как промерзание озер и водоемов происходит сверху вниз и довольно быстро, то пузырики как бы упираются в ледяной потолок и не могут попасть наружу.
Столбы из замерзших пузырей
На протяжении всей зимы пузырики продолжают выделяться, образуя целые группы. Постепенно один за другим пузырики выстраиваются в ледяном пространстве в причудливые композиции, образуя вертикальные ряды (наподобие столбиков) или разнообразные группы.
Невероятные группы пузырьков во льду
В мире есть всего несколько мест, где ежегодно погодные условия позволяют насладиться этим красивым явлением, как например, озеро Абрахама (Abraham) – искусственно созданное возле реки Северный Саскачеван (North Saskatchewan) на западе провинции Альберта в Канаде. В 1972 при строительстве плотины Бигхорн (Bighorn), часть речной воды замкнутой плотиной образовала этот водоем получивший название в честь известного жителя долины Саскачеван, проживавшего тут в девятнадцатом веке — Сайласа Абрахама (Silas Abraham).
Удивительные пузырики подо льдом
Сейчас озеро Абрахама в зимний период является популярнейшим местом фотосессий для любителей запечатлеть на камеру чудеса природы со всего мира. Несколько фотографов сделали себе имя на съемках этого чудесного явления. Один из них Фикрет Онал (Fikret Onal), фотографии которого представлены в данной статье.
Помимо Канады подобные явления можно встретить на востоке Франции в области Бургундия есть группа прудов, где на короткое время пузырки замораживаются в воде, а также на озере Понкапоад (Ponkapoag), рядом с городом Блю Хилс (Blue Hills), штат Массачусетс , США, и в ряде других мест.
Источник
Пузырьки во льду Антарктики поставили под удар водородную энергетику Запада
Новые исследования антарктического льда заставили иначе взглянуть на цикл водорода в атмосфере Земли и роль антропогенного фактора в глобальном потеплении. Изучение льда, который сформировался в самом южном регионе планеты, привело климатологов к выводу, что за последние полтора столетия концентрация водорода в воздухе выросла более чем на 70%. Этот газ влияет на парниковый эффект, поэтому рост его концентрации в атмосфере усиливает глобальное потепление.
Насколько опасен недооцененный в прошлом фактор водорода? И не станет ли столь активно рекламируемая водородная энергетика опасным начинанием, которое может ускорить процесс глобального потепления на Земле? Об этом — в материале ФАН.
Запертые во льдах
Исследование состава атмосферы нашей планеты по пробам континентальных арктических и антарктических льдов — давнее изобретение климатологов. Дело в том, что Гренландия и Антарктида представляют собой фактически пустыни по уровню осадков. Из-за низких температур над их ледяными щитами влажность воздуха минимальна, а годовая норма осадков соответствует таким засушливым местам, как пустыня Сахара.
Поэтому и в Гренландии, и в Антарктиде снег накапливается крайне медленно и с почти постоянной скоростью. Это позволяет при бурении вглубь ледяного щита получать очень точную картину «ледяных годовых колец», которые соответствуют тому или иному году на временной климатической шкале.
При этом, поскольку вначале осадки над ледниками формируются в виде снежной корки, внутри снега оказываются зажаты полости с атмосферным воздухом. После формирования льда на большей глубине атмосферным газам деваться уже некуда — в итоге их мельчайшие газовые пузырьки доносят до нас состав атмосферы, который был на Земле сотни, тысячи и десятки тысяч лет назад.
Среди прочего, именно такие исследования ледников позволили восстановить картину исторического содержания углекислого газа в атмосфере Земли и легли в основу теории антропогенного влияния на климат. Однако новое исследование, которое во льдах Антарктиды провели ученые, опубликовавшие свои результаты в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показало совершенно неожиданные результаты.
«Наша реконструкция говорит о том, что до конца XIX века доля водорода в атмосфере почти не менялась. Потом она начала плавно расти и выросла на 70% к началу текущего столетия», — сообщается в исследовании.
«Ну, выросла и выросла, — скажет удивленный читатель. — Что здесь такого?» Поясним: проблема в том, что атмосферный водород — это парниковый газ ничуть не слабее углекислого газа (СО2), на которого сейчас «вешают всех собак», считая его чуть ли не единственным ответственным за рост глобальных температур на планете.
Как спастись от водорода?
Итак, водород — парниковый газ. Но его механизм воздействия на атмосферу Земли несколько отличается от CO2.
Сам по себе водород инфракрасные лучи задерживает плохо, поэтому в «официальный» список парниковых газов Киотского протокола, куда попали углекислый газ, метан, закись азота, гидрофторуглероды, перфторуглероды и гексафторид серы, его не включили.
Однако впоследствии выяснилось, что водород, при его попадании в нижние слои атмосферы, запускает два химических каскада — замедляет распад парникового метана и, наоборот, способствует образованию из кислорода молекул озона, который тоже является парниковым газом. Два этих эффекта водорода как ингибитора и катализатора уступают углекислому газу в силе воздействия на климат, но все равно достаточно существенно дополняют и «раскручивают» парниковый эффект.
До последнего времени эти тонкие эффекты воздействия свободного водорода на атмосферу Земли были неизвестны. Первые серьезные наблюдения за концентрацией этого газа в атмосфере на глобальном уровне начались сравнительно недавно — лишь в начале 1990-х годов. Поэтому ученые до сих пор не могут дать ответ, какие промышленные выбросы человечества порождают свободный водород и не является ли это пока не известным природным процессом.
Новое исследование, кстати, эти вопросы отнюдь не разрешило, а лишь усложнило. Согласно его результатам, особенно быстро концентрация водорода в атмосфере стала расти в последние два десятилетия XX века и в XXI веке. И это открытие стало неожиданностью для ученых: раньше считалось, что главный антропогенный источник водорода — это производство так называемого синтез-газа, который является смесью водорода и угарного газа и получается при реакции нагретого угля и воды.
Однако производство синтез-газа — это очень старый и неэкологический процесс, который массово использовался до перехода к сжиганию природного газа — метана. Сегодня широкое производство синтез-газа идет в таких странах, как Индия и Китай, но по всему миру его выработка сокращается с 1980-х годов. Так вот, образцы льда из Антарктики указывают на то, что либо у человечества есть какие-то «неучтенные» источники выбросов водорода, либо же в атмосферу Земли он поступает из каких-то еще не обнаруженных естественных резервуаров или в результате непознанных процессов.
Не стоит забывать, что роль антропогенных выбросов водорода может радикально вырасти после запланированного перехода Западной цивилизации на водородную энергетику. Ведь в этом случае масштабы промышленного производства и утечек водорода могут превзойти существующие уровни в десятки и даже сотни раз.
При этом бороться с вездесущим водородом практически невозможно: его мельчайшие молекулы проходят даже сквозь нержавеющую сталь. Так что тысячи километров трубопроводов для водорода и десятки тысяч емкостей для его хранения создадут такой «водородный след», который и не снился современной промышленности.
В результате, как подытожили исследователи антарктического льда, мы стоим перед новым вызовом, имя которому — «антропогенный водород». Человечеству еще только предстоит оценить «водородное» лекарство: не окажется ли оно даже хуже, чем «углеводородная болезнь глобального потепления», которую оно призвано излечить?
Источник
Замерзшие пузырьки метана
На фото изображены вмерзшие в байкальский лед пузырьки метана. Метановых пузырьков во льду Байкала много, они бывают самого разного размера — от практически невидимых невооруженным глазом до крупных, доходящих до десятков сантиметров в диаметре и располагающихся друг под другом.
Вмерзшие в лед Байкала пузырьки газа различного размера. Слева — фото Александра Марфина, справа — фото Станислава Толстнева с сайта irk.ru
Пузырьки метана поднимаются со дна озера и накапливаются под поверхностью льда, далее лед продолжает кристаллизоваться на глубину, захватывая пузырь с газом. Но откуда берется метан?
В озере Байкал накапливается большое количество осадков, богатых органикой (их мощность варьирует от 4,4 до 9 км), деятельность живущих в них архей метаногенов способствует образованию и накоплению различных типов углеводородов (нефти, битумов, этана, пропана, метилциклогексана). Они мигрируют в свободном или растворенном состоянии по направлению ко дну озера, где создаются условия, благоприятные для накопления газогидрата метана. Байкал — единственное пресноводное озеро в мире, где обнаружены скопления метановых газогидратов (по одной из оценок их объем составляет от 8,8×10 11 до 9×10 12 м 3 ). Газовые гидраты (клатраты) — это кристаллические соединения, образующиеся из воды и газа при определенных условиях (низкой температуре и высоком давлении).
Карта расположения установленных (синие точки) и предполагаемых (красные точки) залежей газогидратов. Рисунок из статьи L. Cui et al., 2019. Methane hydrate as a «new energy»
Самые распространенные природные газогидраты — это гидраты метана и диоксида углерода. Они находятся в районах вечной мерзлоты и в глубоководных частях морей и океанов. Самая значительная часть объемов газогидратов приходится на континентальных склоны и подводные поднятия, где температуры низкие, а давление высокое. Газогидраты могут образовываться в рыхлых и уже консолидированных осадках, где они находятся в термодинамической устойчивости. Это так называемая зона стабильности гидратов (ЗГС). В различных климатических условиях она прослеживается на разных глубинах: в средних и низких широтах — свыше 500 метров, на высоких широтах — около 200 метров (кроме того, влияние оказывают также местные температурные условия). Для Байкала зона ЗГС находится в интервале глубин около 380 метров.
Фазовые диаграммы стабильности газовых гидратов. Желтым отмечена зона стабильности гидратов (ЗГС). Рисунок с сайта scfh.ru
Ввиду того что глубина Байкала достаточно велика (максимальная глубина составляет 1642 м), на дне создаются сочетания низкой температуры и высокого давления, благоприятные для образования газогидрата метана. Предположение о существовании на дне Байкала гидратов было выдвинуто еще в 1978 году в результате совместных работ Лимнологического института и ВНИИГАЗ. Однако впервые газогидраты в осадках озера обнаружили в 1996 году в ходе буровых работ. В ходе исследований байкальского дна в 2008–2010 годах с помощью глубоководных аппаратов «Мир» газогидраты были обнаружены непосредственно в приповерхностной части дна.
Отбор образцов гидрата метана на дне Байкала аппаратами «Мир» в 2009–2010 годах. а — образец кристаллогидрата (глубина 1400 метров); б — отбор образца в специальный контейнер; в — начало разложения газогидрата при подъеме его с глубины 250 метров (температура окружающей воды — 3,5°C); г — увеличенный фрагмент изображения в (видно, как начинают образовываться пузырьки метана в гидрате). Фото из статьи A. V. Egorov et al., 2016. Heat and mass transfer effects during displacement of deepwater methane hydrate to the surface of Lake Baikal
Но как именно метан высвобождается из газогидратной фазы и поднимается выше зоны стабильности гидратов и либо выходит на поверхность в летнее время, либо замерзает во льду, образуя эффектные структуры? Предполагают, что существует несколько причин нестабильности газогидратов. Это и быстрое накопление осадков (например, в районе дельты реки Селенги), и тектонические движения, и миграция флюидов, и оползневые явления. Кроме того, возможен выход непосредственно гидратов метана на поверхность.
На дне озера также функционируют грязевые вулканы (см. картинку дня Грязевой вулкан), являющиеся зонами разгрузки метана, и, разумеется, метан выделяется непосредственно при деятельности архей.
Байкальский лед со множеством мелких пузырьков метана и несколькими крупными. Фото Анны Бадиковой, Байкал, март 2021 года
Тем не менее Байкал — не единственное озеро, где поднимающийся со дна метан замерзает в ледяном покрове. Таких озер много — например, озеро Эйбрахам в Канаде. Газогидратов в нем нет, метан выделяется в ходе деятельности метаногенных архей.
Замерзшие пузыри метана на озере Эйбрахам. Фото © Jakub Fryš с сайта en.wikipedia.org, 15 января 2019 года
Изучение выделения метана из озер является очень важной задачей. Дело в том, что метан в качестве парникового газа в 30 раз сильнее, чем CO2, и озера вносят, по разным оценкам, от 6 до 16% объема в баланс атмосферного метана. Согласно данным, полученным по результатам изучения 5143 озер на Аляске, из маленьких озер поток метана выше, порядка 90 г/м 2 в год, в то время как у крупных озер он меньше, около 0–15 г/м 2 в год.
Если разрушить внешнюю стенку метанового пузыря, его можно эффектно поджечь
Основная причина, по которой небольшие озера имеют такие высокие потоки, заключается в том, что они находятся внутри едомы (это тип вечной мерзлоты, богатый органикой), при таянии которой выделяются значительные количества метана (см. картинку дня Едома, «углеродная бомба» из прошлого). В то время как крупные озера находились в скалистой местности, с соответственно более низким потоком метана.
Концентрации метана значительно выросли в атмосфере за последнее десятилетие, однако точно определить их источник сложно: таяние вечной мерзлоты, сельское хозяйство, заболачивание территорий — всё это способствует накоплению метана в атмосфере. Хотя озера Арктики и вечная мерзлота считаются не основными источниками метана, тем не менее глобальное потепление может его существенно увеличить.
Источник
