Ученые выяснили, как могут образовываться «волшебные круги» с утечкой водорода

Фото из открытых источников

На каждом континенте, не покрытом льдом, исследователи обнаружили странно безжизненные круглые углубления диаметром в десятки метров или даже километров и глубиной всего несколько сантиметров. Почвенные зонды показывают, что эти впадины, иногда называемые «волшебными кругами», пропускают водород, просачивающийся из недр Земли. Они привлекли учёных и бизнесменов своим потенциалом сигнализировать о наличии запасов чистого водородного топлива. Теперь исследователи предлагают одно из первых геомеханических объяснений того, как они образуются: давление поднимающегося водорода, которое заставляет круглый участок суши подниматься, а затем опускаться.

До нового исследования, опубликованного в журнале Geology, «никто по-настоящему не понимал и не пытался всерьёз понять, как образуются эти волшебные круги», — говорит Ален Принцхофер, геолог и научный директор бразильской компании GEO4U, рецензировавший статью. Эта работа — «новый кирпичик в фундаменте знаний о водородных системах». Другие исследователи относятся к предполагаемому механизму более скептически.

Поверхность Земли усеяна множеством загадочных круглых образований. Десятилетиями экологи спорили о происхождении другого, меньшего по размеру вида волшебных кругов, часто встречающихся в засушливых районах и, как считается, возникающих из-за нехватки воды, конкуренции растений или даже термитов. Только в последнее десятилетие геологи обнаружили круги, из которых вытекает водород. Но эти круги не были исследованы так глубоко из-за высокой стоимости бурения. «Если мы хотим использовать эти волшебные круги [для получения энергии], нам нужно знать, насколько глубоко нам нужно бурить», — говорит Мартин Шёпфер, геолог из Венского университета.

Пытаясь объяснить происхождение этих кругов, Шёпфер совместно с коллегами из отрасли разработал модель, вдохновлённую реальным аналогом: протекающими газопроводами XIX века, которые иногда образовывали вдавленные круговые пятна, когда конические струи газа поднимались из трещин в заглублённых трубах. Они предположили, что источник природного водорода под высоким давлением может работать по тому же принципу.

Согласно модели исследователей, водородный газ под высоким давлением, поднимаясь из одной точки на глубину до 500 метров под землей, будет медленно вытеснять воду из микроскопических пор в подземных породах. Всего через 100-200 дней повышение давления приведет к тому, что круглый участок породы поднимется «как суфле», говорит Шёпфер. На этом этапе утечка газа в поверхностные слои почвы может погубить растения из-за изменения химического состава почвы. Модель показала, что если источник водорода под высоким давлением прекратит испускать газ, то смесь воды и других газов под более низким давлением просочится обратно в породы, заставив их деформироваться и опуститься. Этот процесс займет всего около года, что соответствует данным аэрофотосъемки, которая обнаружила быстрое появление кругов фей. Это «геологически мгновенно», говорит Шёпфер.

Не все в сообществе исследователей природного водорода убеждены в этом. Вячеслав Згонник, геохимик, соучредитель и генеральный директор стартапа HyReveal, занимающегося изучением природного водорода, измерял количество водорода, выделяющегося из сотен «волшебных кругов», но ни разу не наблюдал прекращения водородного выброса. «Мне кажется, что авторы предложили механизм, который работает на бумаге, но не работает в природе», — говорит он. Он склоняется к версии, согласно которой углубления образуются, когда химические реакции между водородом и горными породами делают почву более пористой и склонной к проседанию.

Яогуо Ли, геофизик из Колорадской горной школы, считает эту работу «интересной и увлекательной», но также задаётся вопросом, как природа могла создать столь мощные точечные источники водорода под высоким давлением. Считается, что природный водород образуется при реакции воды с богатыми железом породами или при разложении воды радиоактивными элементами в породах. Но эти источники, как правило, поднимаются в виде сгустков атмосферного давления — слишком медленно, чтобы соответствовать временной шкале Шёпфера, и слишком рассеянно, чтобы образовать круг, объясняет Ли.

Однако, по словам Згонника, источники водорода потенциально могут замедляться определенными видами горных пород, накапливаясь перед прорывом и быстро поднимаясь на поверхность по вертикальной трещине, что может имитировать внезапный источник более высокого давления.

Если Шёпфер и его коллеги правы, то, в частности, более крупный «волшебный круг» может указывать на более крупный источник водорода внизу — настоящая мишень для геологоразведчиков. Однако Изабель Моретти, структурный геолог из Университета По и региона Адур и рецензент статьи, утверждает, что эта связь не является однозначной. «Если из ванны уходит вода, — говорит она, — это не покажет вам её объём».

Независимо от того, верна ли модель водородных волшебных кругов, предложенная в этом исследовании, Ли рад видеть, что исследователи занимаются проблемой понимания того, как водород мигрирует по поверхности Земли. «Если мы сможем это понять, — говорит он, — то водород сможет обеспечивать человечество энергией на протяжении столетий».