Эксперты полагают, что нефти и газа хватит примерно на 50 лет, уголь и уран закончатся лет через двести-триста или около того. Но буквально все специалисты единодушно заявляют, что при традиционных путях развития энергетики человечество не успеет исчерпать эти ресурсы, поскольку экологическая катастрофа наступит раньше. Существуют также возобновляемые энергетические источники: энергия ветра и воды, внутреннее тепло планеты, солнечный свет. Однако они, по мнению специалистов, как сейчас, так и в будущем будут играть лишь вспомогательную роль в балансе энергопотребления. Таким образом, перспективы безрадостные, если не сказать - мрачные.

У некоторых физиков теплится надежда на «термояд» и вроде бы уже собираются строить «пилотный» реактор, хотя технические проблемы еще не решены полностью, но их обещают «дожать» во время «рытья котлована». Надо сказать, эти обещания («дожать проблему» в самое ближайшее время) даются уже несколько десятилетий. Вместе с тем совершенно очевидно, что необходимая «периферия» для такого реактора, если он заработает, будет очень сложна, объемна, и будет потреблять много энергии. У экспертов даже возникает вопрос – а будет ли «положительный выход», т.е. будет ли энергия, получаемая от реактора, превышать энергетические затраты на его обслуживание? И в связи с этим еще вопрос, если все же «положительный выход» будет, то во что обойдется такая энергия? Нам все время говорят о неисчерпаемости энергии «термояда», и это прекрасно, но хотелось бы услышать и про ее стоимость.

Потенциальные ресурсы нашей планеты в отношении нефти и газа в рамках новой концепции представляются совершенно иными. По числу атомов углеводородное сырье это, прежде всего, – водород. В природном газе – метане (СН₄) - на один атом углерода приходится 4 атома водорода. В нефтяных производных отношение Н/С варьирует в интервале от 2 до 2,5. Таким образом, «вечная» (для геологов) проблема происхождения нефти и газа сводится к проблеме источника водорода. Со школьной скамьи меня занимал этот вопрос, и маститые профессора снисходительно объясняли, как в нефте-материнском бассейне, при диагенезе и катагенезе осадков, водород отжимался из растительных остатков, скапливался в зоне нефтеобразования, где шли процессы гидрогенизации и получались углеводороды. Мысленно прокручивая эту схему, я недоумевал, почему это водород должен собираться с обширной территории в какую-то локальную зону, двигаясь по сути в горизонтальном направлении, какой такой «таинственный магнит» его туда стягивает, ведь все градиенты указывают ему путь наружу, по вертикали. Кроме того, я никак не мог понять, каким образом нефть может сохраняться с девона или карбона. Кайнотипные осадки за гораздо меньший срок геологического времени литифицируются, становятся палеотипными. Нефть - это ведь такая нежная субстанция, она так сильно пахнет (парит легколетучими составляющими) и, скорее всего, является лакомым блюдом для многих бактерий. Кроме того, литостатическое давление - фактор постоянный, под действием которого нефть просто обязана уплотняться, отщеплять водород и превращаться в битум или асфальт. Тем более что вмещающие породы отнюдь не являются непреодолимым экраном для водорода, за геологическое время он способен просочится где угодно. В общем, нефть не может лежать миллионы лет, она либо очень быстро усохнет, либо еще быстрее ее съедят бактерии.

Таким образом, в рамках традиционных представлений (ядро – железное, все остальное – силикатное), и появление нефти, и ее сохранение на протяжении геологического (!) времени следовало бы считать каким-то невероятным чудом. Но чудес в природе не бывает, если мы правильно понимаем, что в ней происходит в действительности. И в свете наших построений никаких чудес нет.

Во-первых, автоматически решается проблема источника водорода. По нашей модели, он истекает из глубоких недр планеты, и все время стремится собраться в струи. Там, где эти струи попадают в обогащенные углеродом толщи, идут реакции гидрогенизации, формируются нефтеносные провинции и месторождения природного газа. В данной связи, углерод может быть любой – и в виде растительных остатков в осадочных породах, и в виде графита в метаморфических сланцах кристаллического цоколя платформ. По этой причине не следует удивляться, если в районах, где отсутствуют «нефтематеринские бассейны», вдруг обнаруживаются месторождения с хорошим дебитом. Был бы приток водорода с глубины – основного химического элемента нефти и газа, остальное (углерод по пути следования, ловушка на выходе) приложится, не здесь, так где-нибудь рядом.

Во-вторых, нефть и газ, в нашем понимании, образуются только тогда, когда идет дегазация водорода из глубинных зон планеты. Судя по общей геодинамической ситуации, в настоящее время дегазация водорода происходит в широких масштабах. Соответственно, нефть и газ должны генерироваться прямо сейчас, и будут генерироваться завтра (здесь имеется в виду шкала времени человеческой цивилизации). Таким образом, углеводородное сырье, которое мы пользуем, скорее всего, образовалось совсем недавно и, скорее всего, его запасы продолжают пополняться и сегодня. Примечательно, что Бакинские нефтепромыслы, заложенные еще Нобелем, до сих пор продолжают давать нефть. А бывает и так, месторождение открыто, разбурено, подсчитанные запасы полностью выбраны, а нефть продолжает идти. В данной связи, следовало бы проводить тампонирование скважин на отработанных месторождениях в надежде на их восстановление в недалеком будущем.

В свете сказанного, представления экспертов о полном исчерпании запасов нефти и газа (якобы, не возобновляемых) к середине нынешнего столетия представляются «детской страшилкой». Согласно нашей концепции, эти ресурсы, во-первых, возобновляются, а во-вторых, их должно быть гораздо больше, чем предполагалось, и в ближайшем будущем нам не грозит энергетический голод.

В настоящее время техника бурения развивается поразительными темпами. Если дела так пойдут и дальше, то скоро скважины глубиной по 10-12 км будут рядовым событием. Тогда можно будет подумать о глубинном бурении территорий, продуктивных на нефть и газ, с целью перехвата струй глубинного водорода до того, как они израсходуют себя на реакции гидрогенизации. Но это будущее, а водород хотелось бы получить сегодня.

Энергетика на водороде – миф или реальность?

Бедственная экология мегаполисов, повышение содержания СО₂ в атмосфере, потепление климата, резкое увеличение числа климатических аномалий, которые все чаще принимают форму метеорологических катастроф – все это провоцирует разговоры о водородной энергетике, как о кардинальном решении экологических проблем. Действительно, при сжигании водорода получается только чистая вода и никаких «парниковых» газов. Президенты, сенаторы, губернаторы, финансовые магнаты и прочие власть предержащие под давлением общественного мнения делают популистские заявления о пользе водорода и отпускают миллиарды долларов на разработку этого направления. Все ведущие автомобильные фирмы уже несколько лет как включились в соревнование по созданию лучшего автомобиля на водороде. Но почему же все это больше похоже на рекламную компанию с целью повышения рейтинга, нежели на действительное стремление сделать кардинальный переворот. Оказывается, есть причина к торможению революционных преобразований, но причина эта мнимая, хотя эксперты уверены в ее объективности. Обсудим эту ситуацию.

Следует отметить, что обычный двигатель внутреннего сгорания хорошо работает на водороде. Такие автомобили еще в 1980 году на Московской олимпиаде обслуживали спортсменов на длинных дистанциях. Это были обычные микроавтобусы с обычными двигателями внутреннего сгорания, у которых, помимо баков с бензином, имелись емкости (дюары) с жидким водородом. Однако это уже прошлый век, а в нынешнем столетии создаются принципиально иные автомобили. Оказывается, еще в конце ХIX века был известен способ получения электрической энергии непосредственно от химической реакции водорода с кислородом, практически без выделения тепла. Уже тогда обнаружили, что если водород и кислород (кислород атмосферы) разделить проницаемой электролитической мембраной, то реакция образования воды на этой мембране будет проходить без горения, но с выделением электрической энергии в виде создания разности потенциалов. Сегодня топливные элементы такого типа (Fuel Sells) усовершенствованы настолько, что именно от них получают бортовую энергию американские «космические челноки» в орбитальном полете.

Теперь представьте себе автомобиль, оснащенный такими топливными элементами. Это электромобиль с очень компактным электродвигателем, которому не нужны: ни система питания, ни система зажигания, ни система охлаждения, ни система смазки, ни кривошипно-шатунный механизм, ни … Короче говоря, по сравнению с современным двигателем внутреннего сгорания, электродвигатель прост до неприличия, и поэтому он гораздо более технологичен и безотказен. Он никогда не застучит (просто стучать нечему), у него не может быть проблем с «запуском», ему не нужна коробка передач (как она не нужна троллейбусу). У него нет выхлопной трубы, поскольку нет самого выхлопа, а потому он бесшумен, и единственное, что он выделяет во вне, это чистейшая вода, которую можно пить без всякого опасения. У такого автомобиля кондиционер или печка работают независимо от двигателя, поскольку эти устройства автономны. Если Вас засыпало снегом или Вы где-то безнадежно застряли, что иногда бывает, то в новом автомобиле можно неделю ждать помощи в комфортной температуре, без всякого риска отравиться выхлопными газами. В общем, это не автомобиль, а какая-то сказочная мечта.

На воплощение этой мечты фирма «General Motors» потратила свыше 50 млн. долларов, и в 2000-ном году представила на суд публике пятиметрового (в длину) красавца «GM Precept» («precept» – наставление, предписание), способного на одной заправке водородом преодолевать свыше 800 км. Несмотря на свои внушительные габариты, этот чудо-автомобиль показал прекрасные динамические характеристики. Близко к этому времени, и другие ведущие авто-производители поспешили продемонстрировать свои немалые успехи. Помимо всего прочего, автомобили на топливных элементах потрясающе экономичны, КПД их силовой установки достигает 85%, тогда как из современного бензинового двигателя нельзя выжать более 40%, остальное выбрасывается в атмосферу с выхлопом раскаленных газов. Вот так, попросту, большая часть энергии - на выхлоп, да еще в виде удушающих и отравляющих газов. Разве это не «прошлый век»? А теперь представьте, как изменится среда обитания, когда все начнут ездить на новых автомобилях - наши мегаполисы станут тихими и чистыми.

Итак, водород чрезвычайно привлекателен. Но почему же мы продолжаем жить по старому? Проблема в том, где этот водород взять. На поверхности планеты он существует в виде воды. Ее, конечно, можно подвергнуть электролизу и получить водород. Но когда мы употребим этот водород в качестве энергоносителя, то получим меньше энергии, чем было затрачено на его производство. Таким образом, для перевода транспорта и энергетики на водород, придется сжигать больше угля и нефти, придется больше расщеплять урана, и все это для сохранения уже достигнутого уровня энергопотребления. Разумеется, станет несравненно лучше там, где водород будет использоваться, но экология планеты в целом начнет ухудшаться более быстрыми темпами. В этом эксперты от энергетики видят непреодолимый тупик. К тому же, полученный из воды водород (как энергоноситель) оказывается гораздо дороже углеводородного топлива. И это, естественно, сдерживает тех инвесторов, которых не волнуют проблемы глобальной экологии. Итак, что же получается? Водородная энергетика – это все-таки миф, и чудо-автомобили никогда не заполонят наши дороги? Но давайте немного повременим с таким суровым приговором и обсудим эту проблему с новой (нашей) точки зрения.

Когда эксперты выносят свой суровый приговор, они даже не подозревают, что жестоко ошибаются, поскольку находятся в плену ошибочных представлений о строении Земли. Действительно, если наша планета имеет железное ядро, а все остальное у нее силикатное, то о водородной энергетике лучше и не мечтать. Разумеется, это направление можно развивать вне зависимости от того, как устроена Земля. Можно, например, застелить Неваду солнечными батареями, понаставить повсюду «ветряков», получать электрическую энергию и тратить ее на производство водорода. Но даже при самом благоприятном раскладе, со всего этого мы будем иметь лишь малую долю того, что требуется, и это не спасет ни нас, ни планету.

Теперь посмотрим на проблему в свете новой концепции. Силикатная оболочка нашей планеты имеет мощность 150 км под континентами, Земля расширяется, в зонах рифтогенеза литосфера утоняется и бескислородные интерметаллические силициды поднимаются к поверхности в виде гигантских выступов. Судя по геофизическим данным, в осевых частях океана, под рифтовыми впадинами, эти выступы располагаются на глубине 1,5 км от поверхности дна. На континентах, в зонах современного рифтогенеза они располагаются на глубине примерно 35 км. Однако местами, языки и гребни, отходящие от этих выступов, можно обнаружить на глубине 3-5 километров. Если мы найдем эти места и приспособимся добывать оттуда силициды, то каждый килограмм этого вещества (в результате химической реакции с водой), будет давать по 1200 литров водорода, и дополнительно к водороду по 13,5 мега-джоулей тепла (13,5 МДж выделяются при сжигании одного килограмма бурого угля). Таким образом, если Земля устроена «по-нашему», то она позволяет получать водород из воды, не только не затрачивая энергию, но еще и получать ее попутно и в больших количествах. Кроме того, в нашем варианте нет выбросов углекислого газа, о котором так много ведется разговоров в связи с парниковым эффектом и потеплением климата. Наш источник энергии обещает быть экологически чистым и неисчерпаемым в масштабах человеческих потребностей, поскольку объемы силицидов на доступных глубинах могут измеряться тысячами кубических километров. И это только языки и гребни на континентах, а в более отдаленной перспективе возможно человечеству достанет умения получать водород в рифтовых долинах океанов, где силициды совсем близко подходят к поверхности дна.

Дорогой читатель, если Вы спросите меня – «как это все обустроить?», то данный вопрос не ко мне – геологу, а к специалистам технических профессий - инженерам, энергетикам, технологам и др. Могу лишь выразить надежду, что для обустройства этого неисчерпаемого энергетического источника к пользе человека (и планеты) ничего принципиально нового придумывать не придется, и современный уровень развития техники окажется достаточным. Отмечу только некоторую специфику в данной проблеме. Обычно температура в горных выработках растет с каждым километром глубины на 25-30 ^оС, и если руды уходят глубже 2-х км и очень хочется их достать, то приходится монтировать сложную (и дорогую) систему охлаждения нижних горизонтов. По этой причине шахты глубже 2,5-3 километров становятся нерентабельными, даже если Вы разрабатываете богатую золотую жилу.

Здесь следует вспомнить, что интерметаллические диапиры внедряются холодными. Северо-Муйский туннель Байкало-Амурской магистрали находится в зоне современного рифтогенеза, и когда измерили температуру наверху Муйского хребта и внутри его, то градиент составил 2^оС/км! В таких местах можно забираться горными выработками на глубину многих километров и все равно будет прохладно. Но это Байкальская зона рифтогенеза, где повсеместно развита вечная мерзлота, препятствующая проникновению поверхностных вод на глубину. Возможно холодные диапиры имеются в некоторых районах Запада Соединенных Штатов, например в Неваде, где выпадает чрезвычайно мало осадков (менее 1 см в год).

В большинстве других рифтогенных зон, из-за проникновения воды, верхние части диапиров окисляются с выделением большого количества тепла, что ведет к появлению «расплавных шляп» и ареальному магматизму. Разумеется, в таких местах шахту не построишь, но за пределами расплавных зон можно бурить скважины, и по одним закачивать в силициды воду, а по другим из зоны реакции – отбирать «горячий водород». Этот способ будет мало чем отличатся от технологии получения геотермального тепла, только в нашем случае производительность по теплу будет во много раз выше, да плюс к этому еще и водород. Аналогичный процесс реализуется в природе. Рифтовые зоны океанов газят водородом. В Исландии много воды, и там, в рифтовой долине, струи водорода местами вырываются со свистом. Демонстрацией этого явления планета как бы подсказывает нам – «делай как я». Так давайте последуем этому совету! И возможно в недалеком будущем будем ездить на чудо-автомобилях по удивительно чистой планете. Я даже опасаюсь, что начнется конкуренция с животными и растениями, которые ринутся осваивать мегаполисы, воспринимая их как неосвоенное жизненное пространство (открывшуюся экологическую нишу). Вспоминаю стародавние времена в Москве, на окне нашей комнаты ласточки лепили гнездо, каждую весну мы их ждали, и как замечательно это было.

Предварительные технико-экономические оценки показывают, что новый энергетический источник будет конкурентно способным на энергетическом рынке. И в этих оценках учитывалась только энергетическая составляющая, а положительный экологический аспект в расчет не принимался. Между тем, в последнее время мне все более привлекательной представляется идея добычи силицидов подземными выработками с последующим полным переделом их в заводских условиях. В конце концов, ведь это уже готовые металлы (магний, кремний, алюминий и др.), производство которых традиционными методами требует очень больших затрат энергии и отнюдь не улучшает окружающую среду. Сплавы на основе магния хорошо обрабатываются, обладают прекрасными механическими свойствами, не ржавеют, они в 1,5 раза легче алюминия и в 4,37 раза легче железа. При изготовлении автомобиля из сплавов на основе магния его вес уменьшится в разы. Соответственно можно будет существенно уменьшить мощность силовой установки при сохранении тех же динамических характеристик. Кроме того, из-за отсутствия коррозии в период эксплуатации, после износа такого автомобиля его корпус и многие детали можно будет вновь пускать в переплавку. Так почему бы нам не использовать некоторую долю металлов по их прямому, техническому назначению: в автопроме, строительных делах, на транспорте. Только представьте – спальный вагон будет весить в 3 раза меньше обычного, железного, если его сделать из «электрона» (сплава магния и алюминия, в пропорции 9:1). При современных ценах стоимость такого вагона баснословно велика из-за очень высоких энергетических затрат при традиционных способах получения этих легких металлов. Однако если их не требуется извлекать из окислов, а нужно только расплавить, то энергетические затраты сокращаются в 20 раз! Похоже, близится конец «железного века»? И можно не сомневаться, утилизация силицидов в заводских условиях покажет еще много плюсов, о которых сейчас мы даже не догадываемся.

Поиски интерметаллических диапиров, разумеется, имеет смысл проводить только в зонах современного рифтогенеза. И в этом деле важны буквально все виды исследований – и геологические наблюдения, и геохимия, и разнообразные геофизические методы.

Геологические наблюдения. В процессе внедрения интерметаллических диапиров от них могут отделяться струи резко восстановленных флюидов, в основе которых водород и силаны (кремний-водородные соединения, построенные по типу углеводородов). Эти силаны обладают высокой реакционной способностью. Если они попадают, например, в гранодиориты, то все темноцветные минералы (содержащие окислы железа) выедаются начисто, от них остаются только дырки, около которых зерна кварца и полевых шпатов оплавлены, а в стекле можно различить микроскопические листочки самородного железа. Еще более впечатляюще выглядят последствия контакта силанов с карбонатными породами. Среди светлых известняков (а бывает – белых мраморов) появляются черные зоны графитизации в результате реакции: CaCO₃ + Si_nH_m CaSiO₃ + C + H₂. Графит в этих зонах чрезвычайно мелкий (пылеватый) и ужасно пачкается, так что невозможно пройти и не заметить.

Если же водородно-силановая струя проела себе путь наружу, то начинаются взрывы при контакте с атмосферой, на глубине нескольких метров и на поверхности. Результаты этого мне доводилось видеть на южном борту Тункинской впадины (Байкальская область рифтогенеза). Идешь по прекрасному лесу и вдруг попадаешь на какую-то «дьявольскую лесосеку». Лиственницы в два обхвата поломаны на кусочки, как спички, и эти обломки перемешаны с глыбами пород, которые здесь же выходят в коренном залегании. Я долго не мог понять причину этого: на обвал или сход лавины непохоже, не тот рельеф; смерч (?), но он не способен выдирать метровые глыбы из коренных обнажений; сейсмический удар (?), но он не может проявиться так локально. Понимание пришло после посещения штата Айдахо (на западе США).

Совершенно очевидно, что силаны не могут далеко уходить от своих источников, они быстро расходуются из-за своей химической агрессивности. И если мы встречаем признаки воздействия силанов, то в этих местах диапиры силицидов, скорее всего, приближены к поверхности.

Там, где кора обводнена сравнительно слабо, ареальный магматизм при внедрении интерметаллических диапиров проявляется спорадически и местами. Однако именно в таких случаях можно получить ценную информацию, особенно если удается проследить – куда магматическая активность стягивалась со временем. Самые поздние проявления часто бывают представлены сильно ошлакованными лавами, которые образуют миниатюрные шлаковые конуса и гряды (высотой не более 100 метров). По сути, извержения происходили в виде пены с многочисленными пузырями. И если в этой вспененной лаве Вам доведется встретить ксенолиты (например, валуны из четвертичных конгломератов), то Вы будете поражены химической агрессивностью этой пены, и у Вас не останется никаких сомнений, что газовая составляющая подобных извержений содержала много силанов (а они не могут уходить далеко от своего источника – силицидов).

Важную информацию может дать изучение рельефа - время и характер его образования. И следует иметь в виду, что некоторые положительные формы рельефа могут оказаться совсем молодыми протрузиями. Эти факты также помогают лучше понять процессы, протекающие на глубине (разумеется, если рассматривать их в рамках нашей концепции).

Геохимические исследования являются важной составной частью в поисках интерметаллических диапиров. Гелий – самый благородный газ, он не вступает ни в какие реакции. В земной коре изотопное отношение ³Не/⁴Не = 10^8, в диапирах силицидов оно выше на 3 порядка. Поэтому, когда в выбранном регионе замеры показывают величину ³Не/⁴Не = 10^5, это означает, что земная кора здесь очень сильно растянута и диапиры силицидов дышат своим гелием наружу. Если же такие значения (10^5, или близкие к ним) не обнаруживаются, то территорию следует считать бесперспективной. Беда только в том, что не всегда можно отобрать пробы. Для этого нужно собрать пузырьки газов из водных источников (лучше – термальных), но этих источников (с пузырьками) иногда бывает явно недостаточно.

Геофизические методы, применяемые при поисках, весьма разнообразны: магнитотеллурическое зондирование, сейсморазведка – методами отраженных и преломленных волн, гравиметрия, магнитометрия, замеры температурных градиентов. Все эти методы перечислены отнюдь не для «красного словца», а решают абсолютно конкретные задачи. Например, если магнитотеллурическое зондирование выявило на глубине зону с аномально высокой электропроводностью, то обычно это связывают с циркуляцией минерализованных вод - природных электролитов. Но для такой циркуляции нужна система открытых пор и трещин, которая уменьшает плотность пород и скорости прохождения сейсмических волн. Вы делаете гравиметрию, и результаты не позволяет предполагать уменьшение плотности, а сейсмические наблюдения, напротив, выявляют высокоскоростной блок, совпадающий с зоной высокой проводимости. Следовательно, минерализованные воды отпадают, и одним вариантом становится меньше. Высокие скорости в сочетании с высокой проводимостью можно было бы связать с наличием еще не остывшего интрузива ультраосновных пород. Но гравиметрия не показывает также и избыточную плотность, характерную для «ультрабазитов», а замеры температурных градиентов не позволяют предполагать высокие температуры в аномально проводящей зоне. Соответственно, еще один вариант отпадает. И так, шаг за шагом, Вы постепенно приходите к уверенности в том, что обнаружен именно диапир интерметаллических силицидов, у которого нет «избыточной плотности», но есть высокие скорости и аномальная проводимость (заметьте, полупроводниковая), и есть еще кое-что, весьма необычное. Прошу меня простить, но на этом я закончу рассуждения на тему – «как искать эти диапиры», поскольку мне не хотелось бы «до поры – до времени» раскрывать некоторые «know how».

Итак, наша концепция открывает широчайшие перспективы в энергетическом и сырьевом аспектах, и одновременно показывает возможность кардинального решения экологических проблем планеты.

И если мы проявим расторопность и быстро научимся использовать открывшиеся возможности, то уже при жизни нынешнего поколения существенно изменим условия обитания на Земле в лучшую сторону.

В. Н. Ларин, доктор геолого-минералогических наук