На каждом континенте, не покрытом льдом, встречаются странные оголенные круглые впадины диаметром от десятков метров до нескольких километров и глубиной всего в несколько сантиметров. Анализ почвы показал, что эти провалы, иногда называемые «ведьмиными кругами», выделяют водород, поднимающийся из недр Земли. Ученые и предприниматели заинтересовались ими как возможными источниками экологически чистого топлива.
Новое исследование, опубликованное в журнале Geology, предлагает одно из первых геомеханических объяснений образования загадочных провалов: давление поднимающегося водорода вызывает вздутие и последующее проседание круглого участка земли.
До сих пор «никто по-настоящему не понимал и не пытался серьезно объяснить, как формируются эти ведьмины круги», признал геолог Ален Принцхофер, рецензировавший статью. По его мнению, эта работа стала «еще одним кирпичиком в фундамент знаний о водородных системах». Его коллеги, впрочем, относятся к предложенному механизму более скептично.
Поверхность Земли усеяна множеством загадочных круглых структур. Десятилетиями экологи спорили о происхождении другого типа «ведьминых кругов» — меньших по размеру, часто встречающихся в засушливых районах и предположительно возникающих из-за нехватки воды, конкуренции растений или даже деятельности термитов. Лишь в последние 10 лет обнаружены круги, выделяющие водород. Однако их детальное изучение затруднено из-за высокой стоимости бурения.
«Если мы хотим использовать эти круги [для добычи энергии], нужно знать, на какую глубину бурить», — говорит геолог Мартин Шёпфер из Венского университета.
Пытаясь объяснить происхождение кругов, Шёпфер и его коллеги разработали модель, вдохновленную реальным аналогом: протекающими газопроводами XIX века, которые иногда создавали проседания в форме кругов из-за выхода газа через трещины в трубах. Ученые предположили, что природный водород под высоким давлением может вести себя аналогично.
Согласно модели, водород, поднимающийся из точки на глубине до 500 метров, постепенно вытесняет воду из микропор в горных породах. Уже через 100–200 дней почва в этом месте вздуется «как суфле», объясняет Шёпфер. На этой стадии просачивающийся газ может уничтожить растительность из-за изменения химического состава почвы. Если источник водорода перестанет действовать, в породы начнет проникать смесь воды и других газов под меньшим давлением, и грунт осядет. Весь процесс занимает около года, что согласуется с аэросъемкой, фиксирующей быстрое появление кругов, — «геологически мгновенно», по словам ученого.
Логичное вроде бы объяснение «ведьминых кругов» встретило понимание далеко не у всех специалистов по природному водороду. Геохимик Вячеслав Згонник изучал сотни таких образований, но никогда не сталкивался с резким прекращением выбросов водорода.
«Мне кажется, авторы предложили механизм, который работает на бумаге, но не в природе», — заметил эксперт.
По его предположению, впадины образуются из-за химических реакций водорода с породами, которые делают грунт более пористым и склонным к проседанию.
Геофизик Яогуо Ли из Колорадской горной школы назвал статью «интересной и крутой», но усомнился в существовании таких мощных точечных источников водорода. Считается, что природный водород образуется при реакции воды с железосодержащими породами или при распаде радиоактивных элементов. Но в этих случаях газ поднимается медленно и слишком широко рассеивается по площади, чтобы создать круг по модели Шёпфера и его соавторов.
Згонник допустил, впрочем, что в результате замедления утечки определенными породами водород может накапливаться, а затем быстро прорываться к поверхности через вертикальные трещины, имитируя внезапный высоконапорный источник.
Если Шёпфер и его коллеги правы, то чем больше «ведьмин круг», тем крупнее источник водорода под ним — готовый ориентир для геологов. Однако структурный геолог Изабель Моретти из По-Адурского университета, рецензировавшая статью, сочла эту связь неубедительной: «Если вода уходит из ванны, это не скажет нам, какой у нее объем».
Независимо от того, подтвердится ли модель, Ли рад, что ученые исследуют миграцию водорода в земной коре.
«Если мы разберемся в этом, водород сможет обеспечивать человечество энергией веками», — заключил он.