Геологи установили, где на Земле образуются богатые запасы водорода

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 моделирование 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.

Большие объемы H₂ образуются при взаимодействии мантийных пород с водой в узком температурном окне. Под действием растворов одни минералы заменяются другими — из группы серпентина. Отсюда название процесса — серпентинизация. Попутно высвобождается водород, который может скапливаться в пластах-ловушках. 

Для серпентинизации необходимо, чтобы вещество из мантии поднималось к поверхности, потому что на этом пути есть вода. Процесс занимает миллионы лет. На Земле это происходит в рифтовых зонах — глубоких разломах, раскалывающих сушу, или, наоборот, при закрытии рифта, когда в месте столкновения континентальных плит растут горные цепи. 

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 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 Пиринеях. 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 на водород.