Природа. Горючий лед

Известно, что при нормальных условиях лед не может образовываться в соленой воде. Также он не может гореть, поскольку под воздействием высоких температур либо плавится (то есть тает), либо сразу испаряется.

Однако так называемые газовые гидраты, которые иногда называют горючим льдом, образуются исключительно на морском дне и вспыхивают немедленно, стоит к ним поднести зажженную спичку. Поразительный соленый лед — одно из наиболее загадочных природных явлений. Внешне это вещество совершенно непохоже на обычный полупрозрачный лед. Оно напоминает замороженную газированную минеральную воду зеленоватого цвета. Пламя этот лед дает желтое. Смесь, в которой газообразный метан оказывается как бы «вморожен» в обычный водный лед, называется кларатным соединением.

На Дальнем Востоке обнаружены самые внушительные по площади скопления подводного льда нашей страны. Они сосредоточены в пределах Охотского моря, в частности, у островов Сахалин и Парамушир.

Залежи гидратов удалось обнаружить во многих уголках земного шара — как в Восточном, так и в Западном полушариях планеты. В частности, эти скопления были найдены в Черном, Каспийском, Охотском и Японском морях, то есть в пределах акватории нашей страны или по соседству с нами.

В Охотском море, кстати, удалось обнаружить самые большие залежи горючего льда в пределах нашей страны. Гидраты здесь встречаются у берегов острова Парамушир и в особенности во впадине Дерюгина, у северной оконечности Сахалина. Скопления залегают на очень больших глубинах — от 800 до 8000 м.

Обнаружить их иногда бывает до-вольно просто, поскольку лед во многих залежах претерпевает постепенный распад. Из тающего льда выделяется газообразный метан, образующий огромный шлейф пузырьков над местом, где локализуется скопление гидратов.

Этот шлейф, напоминающий высокий газовый фонтан, хорошо фиксируется на записи эхолота. Поэтому поиск гидратов учеными ведется преимущественно с использованием гидроакустической техники. Однако подобные фонтаны («факелы», как их называют геологи и океанологи) не всегда однозначно свидетельствуют о наличии горючего льда. Иногда удавалось наблюдать странные фонтаны, порожденные какими-то другими источниками газов на морском дне. Здесь таится другая загадка гидратов: кто именно на морском дне подражает им и почему?

Поэтому данные акустики дополнительно перепроверяются замерами температуры дна, теплопроводности его грунтов, исследованиями химического состава придонной воды и грунтов, а также проведением более сложных физико-химических анализов.

Благодаря эхолоту можно без труда обнаружить на дне моря фонтаны метана, образующиеся в результате разложения подводного льда. Они поднимаются на 300—500 м над дном. Их толщина доходит до 200 м.

Нельзя не признать, что химия газовых гидратов изучена неплохо, поэтому геологи могут с высокой точностью определить по разнообразным геохимическим признакам наличие на том или ином участке дна залежей кларатных соединений.

Подчас бывает достаточно провести спектральный (хроматографический) анализ водной пробы, чтобы выявить следы, оставленные газами, выделяющимися из толщи льда.

Нетрудно объяснить, почему горят газовые гидраты. Они представляют собой смесь газа метана и воды. Именно метан (природный газ, поступающий к нам в дома) формирует пузырьки в «газированной» морской воде. Когда лед начинает таять, он выделяет летучий метан. Газовые пузырьки высвобождаются из разлагающейся зеленоватой массы и загораются, как и в обычной кухонной плите.

Однако ученые пока не знают, почему и как образуется горючий лед. Очевидно, что для образования льда в море необходимы низкие температуры и большое давление. Только при таких условиях вода будет переходить в свое твердое агрегатное состояние.

Другие факторы, влияющие на образование гидратов, относятся к числу неразгаданных тайн природы. Известно, что залежи льда обычно располагаются в толще грунта на глубине от 2 м и более, реже поднимаются на отметку 1 м.

Получается, что вещество образует особенный гидратный слой, принадлежащий в силу своего происхождения к определенной глубине в толще донных пород. Эта особенность залегания гидратов не получила пока внятного объяснения.

Грунт в местах скоплений гидратов обладает особыми геохимическими свойствами. Для него характерны повышенная концентрация аммония, пониженная хлорность и отрицательный окислительно-восстановительный потенциал. Но и этих характеристик недостаточно для объяснения процессов, ведущих к образованию гидратов.

Курилы сформировались 25 млн лет назад в ходе извержений подводных вулканов, окаймляющих окраины Охотского моря. Геологические условия на дне Охотского и Японского морей послужили, очевидно, причиной формирования залежей гидратов.

Не вполне ясна и география распространения гидратов. Закономерности распространения залежей кларатных соединений не открыты. Известно, что гидраты настойчиво искали на дне Баренцева моря, но так их там и не обнаружили .

Почему же это вещество встречается, например, в Черном и Японском морях? Выходит, должно быть нечто общее между Каспием (по сути, озером) и Охотским морем, принадлежащим к акватории Тихого океана, если в их донном грунте присутствует гидратный слой.

По мнению одного из исследователей горючего льда Г.Д. Гинсбурга, кларатные соединения у берегов Сахалина связаны с многочисленными метановыми выбросами, которые обусловлены вулканической активностью недр в этом районе.

Гипотеза Гинсбурга нашла свое подтверждение в ходе поиска новых участков с залежами гидратов. Но в целом тайна происхождения природного парадокса остается неразгаданной, как, впрочем, и другие его тайны.

На Курилах имеется 100 вулканов, 40 из них по-прежнему активны. Похоже, вулканизм в числе прочих геологических факторов влияет на процесс формирования залежей гидратов не столь уж существенно, поскольку клараты обнаружены и в других морях, где вулканические острова отсутствуют.

Некоторые ученые всерьез полагают, что странное вещество может повлиять на климат планеты. Если вскоре начнется вызванное человеком потепление, то неизбежно начнется стремительное повышение температуры воды на больших глубинах Мирового океана. Сейчас она составляет +2 °С. Повышение ее всего на 1 градус приведет к массовому разложению гидратов в морях Земли.

В результате в атмосферу поступит много метана, вследствие чего парниковый эффект усилится. В последнее время стало известно, что природный газ влияет на свойства атмосферы гораздо сильнее, чем углекислота.

Вполне вероятно, что горючий лед может вызвать настоящую экологическую катастрофу. Ученым неизвестно, как газовые гидраты влияли на климат в различные геологические эпохи истории Земли.

На некоторых космических телах гидраты образуются в условиях температур порядка —200 °С. На Земле кларатные соединения отмечены на глубинах около 1 км, где давление воды достаточно велико для того, чтобы воздействовать на ход химических процессов.

Нельзя исключать, что кларатные соединения выступают в роли активных компонентов климатической системы, сформированной океаносферой и атмосферой нашей планеты. Можно предположить, что в далеком прошлом таинственные подводные гидраты не однажды прямо или косвенно вызывали глобальные потепления. Насколько близки подобные предположения к действительности, станет понятно в ходе дальнейших изысканий.