Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

Недавние исследования выявили еще один возможный источник метана на большей глубине – источник, вообще не относящийся к биологическим процессам. Некоторые исследователи предположили, что в глубоких слоях коры и верхних слоях мантии, на глубине многих сотен километров, где преобладают экстремальные температуры и высокое давление, вода и углекислый газ могут вступать в реакцию с обычными железосодержащими минералами, в результате чего образуется метан. С целью воспроизвести эти реакции были проведены опыты с использованием высокой температуры и давления. Часто ссылаются на исследование, проведенное в Геофизической лаборатории Института Карнеги в 2004 г. молодым ученым Генри Скоттом, который смешал с водой два распространенных в коре минерала: кальцит (карбонат кальция – углеродосодержащий известняк) и окись железа. Скотт поместил эту смесь в алмазную камеру высокого давления и нагрел с помощью лазера до температуры свыше 1000 °С – именно такие экстремальные условия присущи верхним слоям мантии. Напомню, что преимущество алмазной камеры заключается в ее прозрачности, благодаря которой исследователь может наблюдать за тем, что происходит с образцом. Генри Скотт наблюдал за тем, как в камере образуются пузырьки метана. Водород в составе воды вступил в реакцию с углеродом из кальцита, в результате чего образовался природный газ. Многие подобные опыты, проведенные в России, Японии и Канаде, выявили аналогичный синтез углеводородов в условиях, подобных тем, что существуют в недрах Земли.

Эти эксперименты важны также для представления о глобальном потеплении в эпоху неопротерозоя, поскольку именно метан мог сыграть тогда важную роль в формировании положительной обратной связи. Большая часть метана, накопившаяся в придонных зонах океана, содержится в удивительном соединении, называемом газовым гидратом, – похожей на кристаллики льда смеси воды и газа, которая обнаруживается в обнажениях на континентальном склоне в океанах. (Застывший метановый лед на самом деле горит очень ярким пламенем – это можно увидеть на видеороликах в Интернете.) Огромные запасы метана – по некоторым оценкам, во много раз превышающие совокупный объем природного газа в известных месторождениях – заключены в этих метановых льдах, которые образуются, когда газ, выходящий из земных недр, взаимодействует с холодной морской водой. Значительные запасы метанового льда содержатся в арктической вечной мерзлоте – в почвах Сибири, Северной Канады и других регионов, которые в течение тысячелетий пребывают в замороженном состоянии.

Сильная положительная климатическая обратная связь могла образоваться, когда хотя бы немного прогрелась вода в океане, что вызвало таяние мелководных залежей газового гидрата и соответственно обильный выброс газообразного метана в атмосферу. Метан значительно усиливает парниковый эффект, отчего океан нагревается еще быстрее. Современные ученые говорят о катастрофическом выбросе придонного метана в атмосферу во времена неопротерозоя как об условии ускорения глобального потепления, когда Земля от ледяной стужи перешла к жаре в течение всего каких-то десятилетий.

Такой неопротерозойский сценарий сильно зависит от основного источника метана. Если большую часть природного газа в океане производят микроорганизмы, то образование газового гидрата наверняка замедлялось во времена оледенения, и в таком случае метан вряд ли играл бы существенную роль в глобальном потеплении. Если же значительный объем метана поднимается к поверхности от раскаленных, испытывающих высокое давление слоев мантии, тогда запасы твердого метана постоянно пополнялись даже во время глобального похолодания и не зависели от жизнедеятельности микроорганизмов, запуская грандиозную обратную связь. Так что же является источником метана – земные недра, шельфовые микроорганизмы или и то и другое вместе?

Вопрос, какая из теорий происхождения метана верна, может показаться непринципиальным, однако он вызывает давнюю, иногда острую международную полемику в нефтегазовой отрасли. Нефть образуется в основном из молекул углеводородов, среди которых метан является самым простым и наиболее распространенным. Принято считать, что все естественные процессы образования метана играют определенную роль и в формировании нефти.

Одну из этих точек зрения поддерживает русско-украинская школа, основанная в середине XIX в. известным русским ученым-химиком Дмитрием Менделеевым, разработавшим универсальную периодическую таблицу элементов. Менделеев доказывал небиогенное происхождение нефти еще до того, как были проведены эксперименты, подтвердившие его идеи. «Следует обратить внимание, – писал он, – на тот знаменательный факт, что нефть зародилась в недрах Земли, а потому именно там и следует искать ее источники». Во второй половине XX в. идеи Менделеева получили второе рождение в России и Украине, и они возвестили процветание российской нефтегазовой отрасли. Некоторые геохимики в России до сих пор отстаивают точку зрения, что практически вся нефть и природный газ имеют глубинные неорганические источники. По их мнению, многие нефтяные месторождения являются возобновляемыми ресурсами, которые постоянно пополняются из гигантских резервуаров, расположенных в глубине мантии.