Александр Портнов,
д.г-м.н., профессор МГРИ-МГГРУ
Москва
Опасные дыры Земли
На полуострове Ямал, известном огромными запасами метана, вертолетчики увидели с воздуха в ровной тундре, среди стелющегося березняка огромную дыру. Она имела в диаметре не менее 50 метров и круглую форму. Провал уходил вниз метров на сто или больше и был окружен невысоким валом выброшенной породы. Ошеломленные вертолетчики тут же сообщили о своем открытии, а наука принялась искать объяснение этому удивительному феномену.
Пилоты вертолета предложили свою версию: в тундру упал метеорит. Прибывшие на место исследователи не заметили обломков метеорита, но обратили внимание на насыпной кольцевой вал вокруг дыры, состоящий из местных осадочных пород. Услышали они и доносившийся из глубины шум бурной речки. Эти данные определенно указывали на подземную пустоту и какой-то выброс из недр. Но какова его причина? Сотни тонн тротила нужно взорвать, чтобы пробить в земле такую воронку.
Некоторые ученые предположили, что таяние вечной мерзлоты активизирует углекислоту и метан, вмороженные в лед. Глобальное потепление плавит массу подземного льда, и освобожденные газы могут пробить мягкие осадочные породы. Но тогда дыр в тундре должны быть сотни или тысячи. А на Ямале имеет место «штучный товар», какое-то редкое явление, стечение необычных обстоятельств. Судя по фотографии, здесь действительно произошел выброс глинисто-песчанистого осадочного грунта, сопровождавшийся активизацией примерно полумиллиона тонн породы.
Поскольку выброс из дыры наружу невелик, похоже, что часть этого грунта провалилась вниз, в подземный провал. Какие силы создали эту геологическую структуру?
Прежде всего, вспоминаются ледяные подпочвенные бугры, которые в Якутии называют «булгунняхи». Они возникают в зонах вечной мерзлоты, когда напорные подземные воды зимой замерзают и накапливаются, поднимая почву или пласты горных пород. Внутри таких бугров всегда присутствуют крупные ледяные ядра. Размер булгунняхов может быть очень большим: до 100-150 м в поперечнике, высота – до 60 м.
Внизу ямальского провала течет подземная река, вероятно, в вечномерзлых породах, мощность которых на севере Ямала достигает 400 м. Не исключено, что речные воды, превращаясь в ледяной массив, подняли глинистый покров и образовали большой бугор. Летом лед рухнул в промытую водой пропасть, а дыра от ледяного ядра осталась. Вместе с тем «ямальская дыра» также похожа на типичную эксплозию, мощный выброс газа. Но не замороженного во льдах, а глубинного, который буквально пропитывает нижнемеловые глины и пески этой богатейшей газоносной провинции. Мы не задумываемся над тем, что запасы газа Ямала оцениваются в четырнадцать тысяч кубических километров, что в 40 раз превышает объем Азовского моря! Этот газ залегает на глубине около двух километров и сжат под чудовищным давлением около 500 атмосфер, как на дне океана.
Поблизости от «ямальской дыры» расположено огромное Вобаненковское месторождение газа. Его запасы оцениваются в пять тысяч кубических километров! Примерно такой же объем имеет Белое море. В 2013 году из этого месторождения получено 46 кубических километров метана, иначе говоря, 46 миллиардов кубометров газа. Извлечение таких чудовищных объемов полезного ископаемого из земных недр не проходит бесследно.
Еще академик В.И.Вернадский отметил, что человек становится самой мощной геологической силой на Земле. Наша цивилизация в своем неудержимом техническом развитии выгрызает каменные недра нашей планеты, обезвоживает их и еще, как бы деликатнее сказать, обезгаживает. Человечество выкачивает из земных недр четыре тысячи кубических километров газа только за год! Этот метан сжигается, а содержание углекислоты в атмосфере неудержимо повышается. В прошлом году концентрация СО2 атмосферы достигла 0,04%. За столетие ее содержание увеличилось в 1,6 раза.
Но помимо чисто экологических проблем нередко возникают катастрофы техногенные, тоже связанные с деятельностью человека. Происходит заражение планеты радиоактивными изотопами, свинцом, ртутью. Возникают землетрясения в зоне водохранилищ, гигантские провалы грунта в затопленных месторождениях калийных солей на Урале… По физическим объемам добываемого сырья газ занимает первое место в мире. По подвижности в недрах ему нет равных. Огромное давление недр заставляет его заполнять любые пустоты, щели, трещины разломов.
На Ямале пробурены тысячи километров скважин. В них залиты озера глинистого раствора. Выкачаны тысячи кубических километров метана. Нарушено равновесие водоносных горизонтов, изменен режим вечной мерзлоты. Почему бы газу не рвануть к поверхности по ослабленному техникой глубинному разлому? «Ямальская дыра» внешне очень напоминает эксплозию, выброс глубинного газа, который донес до поверхности страшное давление недр.
Тогда близким аналогом необычного явления будут хорошо знакомые геологам грязевые вулканы, где газ пробивается по закону Архимеда по разломам земной коры, сквозь водоносные горизонты и превращенные в жидкую грязь горные породы. На Ямале геологическая обстановка иная, здесь важную роль играют водоносные горизонты и вечная мерзлота. Но подъемная сила сжатого газа в недрах остается потенциальной угрозой и для бурильщиков, и для окружающей среды, и для современного строительства.
Вспоминается незаслуженно забытая история, произошедшая 4 марта 1999 года в центре европейской части России, в районе Курской атомной электростанции. Несколько жителей из деревни Ушаково Фатяжского района Курской области ловили рыбу в пруде. Вдруг поблизости раздался взрыв, земля поднялась метров на пять, полетели камни, взвился к небу огненный столб, а потом из образовавшейся воронки размером 13 на 8 метров и глубиной около 5 метров потекла вода, и все затянуло паром. Рыбаки бросились бежать и сообщили в деревне о возможном конце света.
Вскоре взрыв повторился в том же месте. Через день – третий взрыв. Из воронки хлынул поток жидкой грязи. Рыба исчезла.18 марта серия из семи взрывов прошла по прямой линии с интервалом 5 – 7 км уже в направлении Курской АЭС. Последняя огромная воронка диаметром 40 и глубиной 13 метров находилась всего в 20 км от станции. В ней вполне поместился бы атомный реактор со всем своим смертельным содержимым.
Конечно, собрались специалисты, стали думать, да гадать, что это за чудо.
Знатоки из Министерства обороны пришли к простому выводу: упал метеорит и рассыпался. Почвоведы думали о воздействии грунтовых вод. Эксперт Ю. Шитиков объяснил проделки подземного Змея-Горыныча тем, что трехголовое чудовище изрыгало «плазмоиды», загадочную энергетическую субстанцию, сходную с шаровой молнией.
Поиски не показали обломков металла, но были найдены оплавленные кусочки грунта, свидетельствующие об очень высокой температуре горящего газа. Таким газом является водород.
Ближе всех к истине, на мой взгляд, был Вадим Чернобров, руководитель назначенной в этот район 63-й экспедиции «Космопоиск». Он обнаружил повышение радиоактивности вдвое, связался с геофизиками и стал искать причины взрывов в недрах. Но геофизики не отметили землетрясений. Причина осталась загадочной.
Я думаю, под Курском произошло редкое событие: на глазах свидетелей по линейному разлому произошел выброс горючей водородно-метановой смеси с примесью радиоактивного газа радона. На Ямале газ, видимо, был метаном.
Возможность взрывных газовых эксплозий за счет глубинного газа даже на устойчивых блоках земной коры — платформах и щитах — заслуживает более детального геологического изучения при проведении инженерно-строительных работ.
Океаны мантии на острие иглы?
Недавно геологическая наука была потрясена новостью: глубоко в мантии Земли обнаружены гигантские количества воды. Воды в недрах планеты так много, что ее объем, возможно, втрое превосходит Мировой океан. Напомним, что объем всех океанов Земли составляет 1300 миллионов кубических километров, а средняя глубина океана, разлитого по поверхности нашей планеты – более 3 км.
В течение последних ста лет седые профессора постоянно твердили молодой геологической смене, что внутри Земля сухая. Воды и водосодержащих минералов в мантии нет. Это подтверждалось практически безводным составом глубинных пород верхней мантии, в которых преобладают минералы оливин и пироксен – безводные силикаты магния и железа.
На этой теоретической основе была построена модель строения Земли. Согласно ей сверху залегает земная кора мощностью от 10 до 70 км. Под ней находится мантия в виде огромной твердой каменной сферы толщиной 2900 км. Под мантией расположена жидкая часть ядра планеты неизвестного состава и мощностью 2000 км. В центре Земли вращается твердый, предположительно железно-никелевый, шар диаметром 2740 км. Эти данные были получены сейсмическими методами исследования глубин, когда используются продольные, поперечные и отраженные упругие волны от взрывов, землетрясений и др. Они вошли во все учебники, монографии, энциклопедии.
И вдруг в 2006 году американские геофизики Майкл Вайсешен и Джесс Лоуренс сообщили, что на основании анализа ста тысяч глубинных сейсмических профилей они обнаружили в нижней мантии в интервале глубин 1200-1400 км две огромные зоны поглощения сейсмических волн. Одна находится под Северной Америкой, а другая – в Восточной Азии, в районе Пекина. Исследователи назвали ее «Пекинской аномалией». По мнению ученых, эти аномалии свидетельствовали об огромных объемах воды или водосодержащих минералов.
По мнению Вайсешена, в нижней мантии содержится от одного до пяти объемов Мирового океана. Эти данные были абсолютно необычны и полностью противоречили общепринятым представлениям. Поэтому все сторонники «сухой» петрологии, специалисты по глубинному строению Земли, оказались в шоке. Они как бы потеряли дар речи. Никто не решался комментировать сообщение о «мантийных океанах». Так обычно и поступают настоящие ученые, поддерживающие официально принятую парадигму: они как бы «не замечают» крамольных сообщений и многозначительно молчат. Авось, будущее что-нибудь прояснит.
И они оказались правы. Ждать пришлось недолго. Молчание было взорвано в 2008 году, когда в Бразилии, в провинции Мато-Гроссо, у местных поисковиков алмазов было куплено никому не нужное непрозрачное коричневатое зерно алмаза, найденное в речных галечниках. Гром грянул 12 марта 2014 года: в журнале «Nature» появилась статья ведущего исследователя и геохимика Грэма Пирсона из канадского университета Альберты. В мутном зернышке размером всего 3 мм он установил крохотное включение редчайшего минерала рингвудита. А главное, в этом рингвудите оказалось 1,5% воды.
И вот в СМИ началось раскручивание научной сенсации! Дело в том, что рингвудит — химический аналог оливина, силикат магния, но только не ромбический, а кубический. Для того, чтобы превратить оливин верхней мантии в рингвудит нижней мантии требуется давление, соответствующее давлению на глубине более 500 км. А раз рингвудит в алмазе содержит воду, значит, Вайсешен прав — вода в нижней мантии есть! Значит, она входит в состав, например, рингвудита.
Мнение «мантийных океанологов» поддержал научный сотрудник Северо-Западного университета штата Иллинойс (США) доктор Стивен Джекобсон, возглавляющий группу исследователей земных недр методами акустических волн. Он утверждает, что акустические колебания заставляют нашу планету резонировать, «звенеть», словно колокол. Он установил, что Земля «гудит» дольше, чем ей положено в сухом состоянии. Многодневный гул Земли, по его мнению, также свидетельствует, что она на большой глубине скорее мокрая, чем сухая. Как комментировать эти данные?
Действительно, как и когда появилась гидросфера Земли в ее нынешнем объеме, современная наука не знает. Были ли океаны прошлого больше или меньше – неизвестно. Возможно, конвекция литосферных плит уносит в нижнюю мантию значительное количество воды. Часть ее выделяется в вулканических поясах, но часть, возможно, уходит в глубины планеты и судьба ее неясна. Но обширные области поглощения сейсмических волн, действительно обнаруженные Вайсеншеном, на приведенных профилях отчетливо связаны с жидким ядром и, возможно, являются каким-то загадочным веществом, выделяющимся из верхней части ядра планеты. Я думаю, что это явление может быть связано не с водой, а с водородной дегазацией Земли. При этом выделение водорода ядра, сохранившегося в глубинах Земли, проявляется в «горячих точках».
Примером воздействия мантийных «горячих точек» на земную кору являются гигантские вулканы Гавайских островов или Йеллоустонский вулкан, расположенный как раз в районе Северо-Американской аномалии, обнаруженной Вайсешеном. Как известно, огромный Йеллоустонский супервулкан с кальдерой площадью 4000 квадратных километров в последнее время резко активизировался и грозит гибелью жителям США и катастрофой для всей планеты.
Открытие рингвудита в алмазном зернышке, прежде всего, говорит о высоком качестве современной техники исследований кристаллов на электронных микрозондах. Эта аппаратура позволяет точно определять состав и тип фаз даже в виде микронных включений. Раньше рингвудит был открыт в метеорите «Курара» из Западной Австралии. Сейчас есть сообщения, что этот минерал найден и в обломках Челябинского метеорита.
Что касается находки пришельца из нижней мантии в алмазе Бразилии, то надо сказать, что чистый рингвудит — минерал безводный. Ни воды, ни (ОН)-группы он не содержит. Значит, минерал изменен, гидратирован. Когда и где — неясно. Скорее всего, гидратация произошла в кимберлитовой трубке, переполненной гидратированным оливином (серпентином). В процессе формирования трубки возникают также алмазы, которые легко захватывают микропримеси из окружающей среды.
Одинаковые составы оливина и рингвудита говорят в пользу того, что оба минерала гидратируются однотипно и превращаются в серпентин. (ОН)-группа является характернейшим признаком изменения оливина при воздействии на него воды или ее паров. То же, видимо, относится и к его кубическому аналогу.
Что касается глубинного «гудения» Земли, то изученным аналогом этого явления, возможно, является аномально длительный «звон» Луны, услышанный четырьмя американскими сейсмографами. Высокочувствительные сейсмографы были установлены экспедициями «Апполон-12» и «Апполоны -14, 15, 16» в разных районах этого практически безводного небесного тела. Они фиксировали «дрожание» Луны в течение долгого времени (до четырех часов) после падения на нее тяжелых блоков ракет и одного крупного метеорита весом до одной тонны. Специалисты объясняют это явление «сейсмической добротностью» лунных пород, т.е. малой степенью поглощения энергии за счет тепловых потерь по пути пробега сейсмических волн. Видимо, это явление недостаточно изучено в земных условиях, чтобы считать мантию Земли «мокрой» — как известно, вода является поглотителем сейсмических волн.
Думаю, также что доказательством наличия «Тихого океана» в нижней мантии Земли вряд ли является небольшое количество (ОН)-группы, найденной в микронном включении слегка измененного рингвудита из алмаза Бразилии. Так что умудренные опытом «классики» геологии еще могут продолжать читать свои старые лекции.
