Панорама Швейцарских Альп, кантон Гризон, является потенциальным районом для поиска месторождений водорода. (Фото © Frank Zwaan, GFZ)
Водород: топливо «чистой» энергетики
Водород называют новым топливом для «чистой» энергетики, обещающей сократить выбросы парниковых газов. Промышленность давно заинтересована в водородных двигателях, однако не все способы производства водорода являются экологически чистыми. Идея искать газ в земной коре привлекательна, но где находятся богатые месторождения? Ученые из ЕС и США нашли ответ с помощью моделирования масштабных тектонических процессов.
В природе водород образуется несколькими способами. Например, при разложении органики или расщеплении молекул воды под действием распада радиоактивных элементов в недрах Земли. Потоки природного H₂ зафиксированы во многих местах планеты. Так, в Мали действуют пилотные проекты, использующие водород из небольшого природного резервуара в осадочных породах.
Исследователи под руководством Франка Звана из Центра наук о Земле Геймгольца (GFZ, Германия) разработали метод поиска месторождений водорода, основанный на моделировании тектоники плит. Согласно их данным, потенциальные «горячие точки» для образования газа располагаются в горных хребтах, где мантийные расплавы поднимаются близко к поверхности. Результаты этой работы опубликованы в журнале Science Advances.
Серпентинизация - это процесс, при котором большие объемы водорода образуются при взаимодействии мантийных пород с водой в узком температурном диапазоне. Под действием растворов одни минералы заменяются другими из группы серпентина, попутно высвобождается водород, который может скапливаться в пластах-ловушках.
Схема столкновения континентальных плит, при котором наверх поднимается мантийное вещество и начинается серпентинизация с образованием водорода / © CC BY-NC-SA 3.0 USGS / ESEU edited by Frank Zwaan, GFZ
Для серпентинизации необходимо, чтобы вещество из мантии поднималось к поверхности, так как на этом пути есть вода. Этот процесс занимает миллионы лет и происходит в рифтовых зонах - глубоких разломах, раскалывающих сушу, или при закрытии рифта, когда в месте столкновения континентальных плит образуются горные цепи.
Тектоническая карта западной части пояса альпийской складчатости / © Frank Zwaan, Science Advances, 2025
Ученые смоделировали все стадии тектоники плит - от разрыва континента и образования океана до его схлопывания и поднятия гор. Они проследили, сколько мантийного вещества выходит к поверхности под горными цепями и когда эти породы могут контактировать с водой при благоприятных для серпентинизации температурах.
Моделирование показало, что лучшие условия складываются при поднятии гор, нежели при закладке рифтов. Там более холодный температурный режим (200-350 градусов Цельсия) и большие объемы воды циркулируют вдоль крупных разломов.
По оценке авторов, в горных хребтах в год образуется в 20 раз больше водорода, чем в рифтах. Там есть подходящие породы-резервуары, такие как песчаники. В рифтовых бассейнах во время серпентинизации их, скорее всего, нет. Это подтверждают выходы природного H₂ во французских Пиренеях. Повышенное содержание этого газа отмечено в Западных Альпах. На Кавказе скважина, пробуренная в советское время, поставляла газ в течение нескольких месяцев. Все эти места расположены на западе пояса альпийской складчатости, который, по мнению авторов, наиболее перспективен для разведки водорода.
