Что такое газогидраты и почему Арктика является богатейшим хранилищем топлива

НУДНАЯ ФИЗИКА

Вода является веществом с уникальными свойствами. Благодаря им стало возможным само существование жизни в той единственной форме, которая нам известна. Однако для темы этой статьи важна способность воды формировать необычные соединения. Представьте: в пространство между атомами некоей молекулы (ее называют "хозяин") вклинивается другая молекула ("гость"). То есть вещество-"гость" оказывается как бы заключено в клетку, образуемую кристаллической решеткой "хозяина". Образ клетки для молекулы дал повод назвать такие соединения клатратами (от латинского clathratus — заточенный за решетку).

Подобное явление происходит при довольно высоких давлениях либо при низких температурах. Еще один важный момент: клатраты являются весьма неустойчивыми соединениями. Чуть понизилось давление или повысилась температура — и они распадаются на составляющие. Для темы этой статьи важно то, что в некоторых ситуациях молекулы воды создают описанную выше "клетку" для молекул метана — главного компонента знакомого все нам природного газа.

Деоккупация юга страны – как украинские военные отвоевывают территории

Запрет на передвижение по стране для военнообязанных – все детали

Ракетные удары по мирным украинским городам - июль 2022

Ядерный терроризм россии

Горящий кусок газогидрата

ГДЕ БУДУТ ДОБЫВАТЬ ГАЗОГИДРАТЫ

Клатраты (те из них, которые образовались в природе, называют газогидратами) встречаются на дне морей и океанов, а на суше — в Арктике.

ТУНДРА. Гипотезу, что в Арктике, в мерзлых породах, есть большие залежи газогидратов, высказали советские ученые еще в 40-х годах XX в. Через 25 лет догадка подтвердилась во время разведывательных работ на "обычный" природный газ. Выяснилось, что скопления газогидратов в арктических частях Сибири и Канады находятся на глубинах 200—800 м. В ту же эпоху появляются идеи об использовании этих месторождений как источника углеводородов. Открытие принесло не только обнадеживающие перспективы, но и породило проблемы для производственников: выбросы метана, высвобождавшегося из газогидратов, мешали бурению скважин, даже вызывали пожары. Кроме того, газогидратные соединения, внешне напоминающие спресованный грязноватый снег, оседали на внутренних стенках трубопроводов. Что, в конце концов, приводило к поломкам оборудования.

Однако запасы газогидратов, обнаруженные на суше — ничтожная мелочь по сравнению с тем, что находится на дне океанов.

ОКЕАН. Если в Арктике формированию залежей "метанового мороженого" способствуют холода, то в океанах на первое место выходит давление толщи воды. А в северных бассейнах, к слову, влияют оба фактора. Морские геологи выяснили, что в толще донных осадков, под слоем воды в 300—400 м, есть колоссальные скопления газогидратов. Самая общая оценка показала: их в Мировом океане минимум в два раза больше запасов разведанных к данному моменту месторождений нефти, природного газа и угля.

Помимо морей, скопления газогидратов найдены в самом глубоком озере планеты — Байкале. Местные жители всегда знали: кое-где со дна бьют струи газа — над такими местами можно видеть вмерзшие в лед белесые пузыри. Знаменитый геолог В. Обручев писал еще в начале XX века: "Если лед пробить ловким ударом пешни и подвести к отверстию зажженную спичку — из отверстия вырывается пламя на высоту до сажени, смотря по величине пузыря". Подобное явление можно видеть и на водохранилище Эйбрахам (Канада). Правда, здесь вмерзший в лед метан образуется не из донных газогидратов, а из гниющей под толщей воды органики.

Находка. Замерзший метан, извлеченный со дна океана. Фото: worldoceanreview.com

СТРАШНЫЕ ИСТОРИИ ИЗ ПРОШЛОГО, НАСТОЯЩЕГО И БУДУЩЕГО

Открытие скоплений газогидратов дало повод по-иному взглянуть на ряд природных явлений. Некоторые из них оказалось возможным объяснить внезапными выбросами метана из залежей газогидратов.

КРАТЕРЫ. В 2012 г. на полуострове Ямал кто-то из местных обнаружил огромную дыру. Ее диаметр был около пяти метров, а глубину установить так и не удалось. Вскоре на месте узкой дыры образовалась впадина, похожая на метеоритный кратер. Сегодня ее глубина достигает 50—70 м, на 80% ее объем заполнен льдом. Объяснения происшедшему нашлось быстро: причиной феномена оказался метан. Из-за потепления климата он начал высвобождаться из расположенных под поверхностью газогидратов. Газ скапливался в порах грунта, а когда давление превысило какую-то границу — произошел мгновенный выброс, породивший ту самую дыру, обнаруженную оленеводом.

Ямал. Впечатляющая воронка на месте прорыва метана

ВЫМИРАНИЯ. 252 млн лет назад произошла величайшая драма в животном мире. Тогда исчезли 96% всех морских и 73% наземных видов позвоночных. Более того, погибли 83% видов насекомых, известных своей живучестью. Есть несколько объяснений событию. Одно из них получило название "теория метангидратного ружья", и идея ее в следующем. Растущая температура Мирового океана спровоцировала взрывообразное выделение метана из донных залежей. Метан — один из т. н. парниковых газов, вызывающих потепление. А дальше пошла цепная реакция: потепление провоцирует высвобождение новых порций метана, они — снова нагревают воздух...

Еще одно страшное вымирание, которое можно объяснить той же причиной, произошло, по геологическим меркам, недавно — 55 млн лет назад. Тогда исчезли примитивные млекопитающие, а их место заняли новые животные, в том числе и наши предки — первые приматы.

ТАЙНА БЕРМУД. Прорывами метана объясняют и катастрофы в Бермудском треугольнике. Якобы вырывающиеся на поверхность океана гигантские пузыри газа лопаются, и образующаяся воронка затягивает корабль, оказавшийся рядом.

Гипотеза. Авария возле Бермудских островов

DEEPWATER HORIZON. Но в отличие от поднадоевших легенд о Бермудском треугольнике, есть история, когда люди реально столкнулись с опасностью, вызванной беспечным отношением к газогидратам. В 2010 г. в Мексиканском заливе произошла авария на нефтяной платформе Deepwater Horizon. От взрыва и пожара погибло 11 человек, а через повреждения буровой колонны в воду на глубине 1500 м вылилось такое количество нефти, что, всплыв на поверхность, она загрязнила 5% поверхности Мексиканского залива.

Причиной катастрофы стали как раз выбросы метана из донных газогидратов, с которыми не смогла справиться конструкция буровой платформы. Чтобы заглушить взбесившуюся скважину, на ее устье, находящееся на дне залива, попытались опустить стальной купол весом 100 т. По идее, тяжеленное сооружение должно было прекратить выброс нефти и газов. Однако никто не учел, что под куполом станет расти давление от скапливающихся газов и на внутренней поверхности начнут откладываться все те же газогидраты. Поскольку они легче воды, в какой-то момент купол начал двигаться. Пришлось конструкцию приподнимать и принимать дополнительные меры. А нефть продолжала выливаться в Мексиканский залив.

НОВЫЙ ИСТОЧНИК УГЛЕВОДОРОДОВ — ГОНКА СТАРТОВАЛА

Выше говорилось, что количество газогидратов в Мировом океане во много раз превосходит запасы разведанных месторождений углеводов. Из 1 куб. м этого вещества можно извлечь около 160 куб. м метана. Но до недавнего времени сей факт ажиотажа не вызывал: технологий, позволяющих извлекать метан из газогидратов, по себестоимости сопоставимых с себестоимостью добычи природного или сланцевого газа, пока нет. Наступление этого момента эксперты ожидают примерно через 10—15 лет. Ведь только в последние десять лет сразу несколько государств начали серьезно финансировать технологии добычи метана из газогидратов.

В 2008 г. пробная добыча газогидратов проводилась на месторождении Маллик в устье реки Маккензи (Канада). За неделю было добыто 13 тыс. куб. м газа.

Первыми, кто попытался извлечь пользу из подводных газогидратов, стали японцы. В 2012 г. судно "Тикю" выполнило бурение экспериментальных скважин глубиной 260 м ниже океанского дна. Пробная добыча велась всего неделю в 2013 г., но результаты оказались обнадеживающими, и начало освоения месторождения запланировано на 2018 г. Можно понять заинтересова нность Японии в начале добычи: на этом месторождении можно извлечь 1 трлн куб. м метана, чего стране хватит, чтобы полностью покрыть потребление в течение 10 лет. Для сравнения: примерно в такую же величину НАК "Нефтегаз Украины" оценивает доказанные запасы газа в Украине (1,04 трлн куб. м) Правда, сами японцы не скрывают, что над технологией еще придется серьезно поработать: авария на платформе Deepwater Horizon показала, что с газогидратами нужно обращаться осторожно.

В мае этого года появилось официальное сообщение геологической службы министерства земельных и природных ресурсов КНР об "историческом прорыве" в этой области. Оно выдержано в характерной для китайского официоза сдержанной манере, не содержащей деталей. Известно лишь, что с месторождения на глубине 200 м, находящегося под слоем воды 1200 м, за неделю было получено 120 тыс. куб. м газа с содержанием метана 99,5%. На суше китайцы намерены разрабатывать залежи газогидратов в зоне вечной мерзлоты на Тибетском плоскогорье.

Индия также начала финансировать национальную исследовательскую программу по газогидратам еще в середине 90-х. Главным объектом ее деятельности стало месторождение в Бенгальском заливе. Собственные программы имеют ЕС, США (на Аляске), Малайзия, Мексика, Вьетнам.

Успех. Китайские геологи после завершения опытной добычи в море. Фото: cgs.gov.cn

УКРАИНСКАЯ ПЕРСПЕКТИВА

Недра нашей страны в целом никак не обделены запасами углеводородов. На территории Украины есть "классические" месторождения природного газа и нефти. Специалисты заявляют о хороших перспективах на добычу сланцевого газа.

В то же время,гораздо меньше говорится о том, что под дном Черного моря обнаружены весьма солидные залежи газогидратов. Геологические исследования этого минерального ресурса в акватории Черного моря очень энергично велись во времена Советского Союза. Увы, после обретения независимости у страны уже не хватало денег на финансирование морской геологии, и исследовательские работы продолжались только эпизодически. В одном из интервью известный украинский геолог, академик Евгений Шнюков приводит такие цифры: газогидраты в Черном море залегают на огромной площади, слоем толщиной до 400 м, а запасы метана, связанные в этих соединениях, достигают 25 трлн куб м. Из них примерно треть приходится на долю Украины. Очевидно, что в нынешней ситуации о какой-то добыче "мерзлого газа" в нашей стране речь не идет: нет ни финансов, ни научной, ни технологической базы.

Однако времена меняются, и вполне возможно, что в будущем наша страна сумеет распечатать газогидратную "заначку" в Черном море.