Лед и пламень под землей. Теория «метаногидратного ружья» для геологов крайне сомнительна
Изменение климата приводит к таянию ледников и вечной мерзлоты, в результате чего происходят мощные выбросы в атмосферу метана, парникового газа, содержащегося в газогидратах, что ускоряет глобальное потепление. Метановых «выстрелов» становится больше, их площадь растет, и этот процесс уже не остановить... Такие страшилки помещают многие издания. Однако разбираются в газогидратах немногие. Отделить правду от вымыслов корреспонденту «СПб ведомостей» Виктору ЮШКОВСКОМУ помогла кандидат геолого-минералогических наук Татьяна МАТВЕЕВА, зав. сектором нетрадиционных источников углеводородов ВНИИ Океангеологии, ведущего в России научно-исследовательского института в области морской геологии.
В России для изучения морского дна в очагах разгрузки газа специалисты используют глубоководные обитаемые «Миры», а за рубежом для этих же целей чаще всего применяют автономные беспилотные аппараты. ФОТО Романа ДЕНИСОВА/ТАСС
Кто прессует «снег»
- Татьяна Валерьевна, что такое газогидраты?
- Это соединения газа со льдом, обладающие определенной молекулярной структурой: молекула газа помещается в полости кристаллической решетки воды, и при нужных условиях образуется твердое вещество - гидраты, - напоминающее спрессованный снег.
Газовые гидраты интересны прежде всего как дополнительный источник углеводородных ресурсов, да и субаквальные (подводные) рассматриваются как резерв такого сырья. Но они же являются фактором, осложняющим освоение традиционных запасов.
В природе гидраты метана встречаются в отложениях континентальных окраин, под океаническим дном и в районах вечной мерзлоты арктической зоны. Образуются они при низкой температуре и высоком давлении. Такие места в поддонных морских отложениях называют зоной стабильности: газ, попадающий к воде, застывает там в ледяном панцире. Чаще всего гидраты образуются в местах разгрузки газа на морском дне при глубине от 400 метров и ниже.
Гидраты могут образовывать различные вещества, например, хлор и кальций. В природе есть и газы, имеющие органическое происхождение. Гидраты разных газов можно синтезировать в лаборатории: впервые сделал это в 1861 году, получив гидрат хлора, британский химик Гемфри Дэви, что послужило началом дальнейших работ...
Математика плюс везение
- Они продиктованы научным интересом?
- В какой-то мере да, хотя такие рукотворные соединения газа и воды имеют практическое применение. Газ в гидратах «упакован» компактно: при нормальных условиях (атмосферное давление и комнатная температура) один кубометр гидрата метана содержит до 164 кубометра газа. А значит, используя известные методы, можно сжать газ, чтобы при транспортировке он занимал меньше места.
Промышленной добычей газогидратов никто в мире пока не занимается. Хотя это и самая большая кладовая углеводородов на Земле (до 1000 трлн кубометров только в Мировом океане), превышающая традиционные ресурсы природного газа по меньшей мере вдвое. Но вообще таких оценок, выполненных по разным методикам, немало.
- Конечно. Она основана на теоретических закономерностях образования гидратов газа, результатах мировых научных достижений, а также собственных исследований и натурных наблюдений в экспедициях, которых в последние годы, увы, становится меньше. Поэтому ученые часто применяют математическое моделирование.
Все ведущие компании, оценивая ресурсы нефти и газа, опираются на такой инструмент, как бассейновое моделирование: синтез математики и фактических данных. Он позволяет заглянуть на миллионы лет назад и понять, как формировалось месторождение. Применяются такие методы и в отношении гидратов метана. Мы тоже внедряем передовые зарубежные наработки, используем лучшие программные пакеты...
- Давно эта тема стала актуальной?
- В первые десятилетия наш институт, которому больше 70 лет, занимался геологией почти не изученной тогда Арктики. Затем академик Грамберг, возглавлявший его долгие годы, начал подтягивать нефтяную тематику и полезные ископаемые дна Мирового океана. А геологией газогидратов заинтересовались в начале 1980-х годов сотрудники института Габриэль Давыдович Гинсбург и Валерий Алексеевич Соловьев.
Первый исследовал условия нефтегазоносности северных районов Западной Сибири. Он одним из первых (1969 г.) рассмотрел феномен природного образования газогидратов и впервые охарактеризовал условия их стабильности. А другой был выдающийся мерзлотовед.
Они хорошо друг друга дополняли: один блестяще анализировал факты, другой умело их обобщал. Это были люди глубокого ума, с мощной научной базой, и я благодарна судьбе за то, что работала с ними и была их ученицей.
Они основали российскую школу геологии гидратов и выдвинули ряд важных постулатов о механизмах и условиях их образования. Сформулировали (в монографии «Субмаринные газовые гидраты») базовые вещи, которые студенты изучают до сих пор. Знаю об этом, поскольку читаю иногда лекции в Петербургском госуниверситете, своей альма-матер. Гидратчиков ведь мало, эту специальность выбирают химики, нефтяники, геофизики...
В подвальчике Шретера
- А как вы пришли к этой теме?
- Моя дипломная работа была посвящена высоковязкой нефти. Но, собираясь подобрать материал для диссертации, я попала в «гидратную» лабораторию нашего института, и мне предложили пойти в российско-норвежскую экспедицию. Я сразу окунулась в эту тематику: экспедиции, конференции, проекты. К нам приезжали (лаборатория находилась в подвале доходного дома академика Шретера на набережной реки Мойки) маститые ученые. Потом у меня были рейсы в Охотское, Чукотское, Карское моря. Диссертацию я защищала на материалах по исследованию хребта Блейк Аутер в северо-западной Атлантике. Это один из тех районов на Земле, с которого началось масштабное изучение газогидратов.
- Есть такие и в нашей стране?
- Да, только гидратная тема у нас всегда была сопутствующей и войти в международные программы удавалось лишь благодаря личному энтузиазму. Так, в 1991 году состоялась экспедиция в Охотское море, в которой участвовали американцы и канадцы: она положила начало исследованию газогидратов в прибрежной зоне Сахалина.
Были экспедиции в Каспийское море и черноморские исследования. Затем снова работали в Охотском море в рамках российско-японско-корейского проекта CHAOS, на Черном море (проект CRIMEA), в Кадисском заливе и т. д.
А в 2000-м отправились на Байкал, когда бельгийский ученый Ян Клеркс предложил искать на дне озера сипы и гидраты. Работая вместе с академическим Лимнологическим институтом (Иркутск) и бельгийским Центром морских исследований, мы первыми нашли там гидраты. Позже иркутяне, занявшись изучением байкальских гидратов, организовали погружение на дно озера Владимира Путина в глубоководном аппарате «Мир-1»: президент сам увидел, а затем подержал в руках метаногидраты.
- Выходит, в России вы не одни их изучаете?
- Если говорить о геологии подводных гидратов, практически никто, кроме нас, глубоко в эту тему не вовлечен. Но, так или иначе, пришли к ней лимнологи и океанологи (Тихоокеанский океанологический институт, ТОИ). Лабораторные эксперименты по кристаллохимии и термодинамике гидратов проводят новосибирцы и томичи. В московском «Сколково», Тюмени и Якутске изучают процессы гидратообразования в мерзлоте.
Они приезжают в Петербург на международные форумы (на секцию по газогидратам в рамках конференции, посвященной полезным ископаемым Мирового океана), которые проводит наш институт. Это, пожалуй, единственная в России площадка для обмена опытом российских и зарубежных ученых-гидратчиков.
Пионеры на обочине
- Вы упомянули сипы. Что это такое?
- С горением углеводородов это явление, концентрированный поток газа, не связано. Пузыри газа, поднимаясь со дна, создают «облако» факелоообразной формы. Эти акустические аномалии можно обнаружить с помощью эхолота, применяющегося для поиска рыбьих стай. На английском языке пузырьковая разгрузка газа называется seep («просачивание»).
Не умаляю заслуг океанологов, которые их фиксируют, но только геологи могут объяснить, в силу каких причин образовались такие выбросы. Это зависит от степени проницаемости горных пород, наличия тектонического стресса, масштабов образования, миграции газа и т. д.
- Стало быть, теория «метаногидратного ружья» не состоятельна?
- Эту гипотезу зарубежная наука давно всерьез не рассматривает. Если гидратные скопления, где метан находится в связанном состоянии, остаются в зоне стабильности, ничего не происходит. А при определенных условиях «горючий лед» может разлагаться на воду и газ, образуя сипы и вызывая дестабилизацию морских отложений, оползни. Но как метановое «ружье» может выстрелить? Условия стабильности гидратов могут быть нарушены из-за серьезного потепления климата или значительного понижения уровня Мирового океана.
Считается, уже сейчас мерзлота быстро тает и гидраты разлагаются, высвобождая огромные потоки метана (сотрудники ТОИ отмечали эти выбросы на шельфе Восточно-Сибирского моря). Но пока нет достоверных свидетельств и катастрофического таяния мерзлоты, и присутствия в ней гидратов. Нужны работы по определению границ подводной мерзлоты, ученые же опираются в своих выводах на отдельные полевые данные и математические модели. Скажу откровенно: гидраты в Российской Арктике еще не изучены и не обнаружены.
Можно строить разные гипотезы, но за последние 10 - 15 лет мало было экспедиций, посвященных изучению мерзлоты и гидратов. Когда-то россияне, пионеры этого направления, были тут впереди, а сегодня на обочине. Хотя нас приглашают на крупные гидратные конференции, последняя из которых проводилась в 2018 году в Денвере (США), где я выступала с докладом.
Изучение гидратов там узаконено на уровне важных государственных документов. Американцы собираются осваивать газогидратные залежи на Аляске для локальных нужд, это дешевле. Крупные средства в проекты по добыче гидратного метана вкладывают японцы и китайцы: они провели опытное бурение, получены первые притоки газа. Индусы изучают гидраты на континентальном склоне Индийского океана. Эти страны имеют национальные гидратные программы, и государство там поддерживает подобные работы.
Эти опасные Бермуды
- А что же Россия?
- Ни федеральной программы, ни нормативных документов по гидратам (кроме упоминания в Морской доктрине РФ и Стратегии развития минерально-сырьевой базы) в нашей стране нет. Да, она обеспечена запасами традиционных углеводородов, но дело не только в добыче. С гидратами связаны даже не климатические, а другие вызовы. Так, в магистральных трубопроводах на Севере образуются гидратные пробки: при высоком давлении конденсат внутри замерзает и газовикам приходится использовать реагенты, замедляющие этот процесс.
Но хуже другое. Если при бурении с морской платформы нарушить стабильность «горючего льда», высвободив газ, то малой искры будет достаточно, чтобы произошел взрыв. Авария в Мексиканском заливе произошла, видимо, по этой причине. Техногенные риски могут возникать при строительстве буровых платформ и портовых сооружений в пределах мерзлоты, где есть очаги разгрузки метановых пузырей.
Высокая насыщенность донных отложений газом изменяет их плотность и другие физические свойства, влияя на надежность морских конструкций. Да и на плавучесть судов, курсирующих по трассе Севморпути. Недаром существует гипотеза о «газогидратной» причине катастроф в районе Бермудского треугольника.
- Чем занимается ваш сектор?
- Изучаем образование гидратов, оцениваем количество в них газа, ведем мониторинг зарубежных исследований, прогнозируем зону стабильности и мерзлоты. В экспедициях сейчас мало участвуем, хотя в ходе прежних работ мы получили богатый материал для обоснования перспектив газогидратоносности. Свои изыскания мы проводим, привлекая средства международных и российских грантов. А в настоящее время, второй год, в рамках госзадания под руководством Роснедр (Федерального агентства по недропользованию) выполняем количественную оценку ресурсов газогидратов в акваториях российских морей, аккумулируя все доступные данные.
Почему это важно? Ресурсный аспект гидратной проблемы имеет геополитическое значение. К тому времени, когда появится рентабельный метод добычи метана из гидратных скоплений (США, Япония и Китай к этому близки), конъюнктура цен на мировом рынке углеводородов изменится. Надеюсь, по завершении этой трехлетней программы нам удастся продолжить работу в рамках нового госзадания. Ведь метановые гидраты не только интересный феномен, но и форма существования природного газа, стратегически важного сырья.
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 110 (6708) от 29.06.2020 под заголовком «Лед и пламень под землей».
Комментарии