Предложения по решению проблемы в конце, после примеров по теме!

В СМИ всё чаще появляется информация о массовом и бесконтрольном выходе метана по всему миру, как на дне океанов, морей и озер, так и на поверхности Земли. Вот лишь несколько из таких публикаций:

1.     Тихий океан скрывает реальную угрозу жизни на Земле. Исследователи Лондонского университета королевы Марии обнаружили в Тихом океане гигантские подводные залежи метана. Как пишет британская газета The Independent, запасы этого газа, найденные на глубине 300-500 метров под поверхностью океана, столь велики, что пока не поддаются даже приблизительной оценке. Метан, согласно данным Агентства по защите окружающей среды США, уступает углекислому газу по объемам выбросов в результате человеческой деятельности. Кроме того, метан обычно быстрее поглощается из атмосферы. Однако по воздействию на природу метан в 25 раз опаснее любых оксидов углерода, поскольку он сильнее отражает солнечный свет и вызывает быстрое потепление. Установлено, что концентрация этого газа, растворенного в обнаруженных пластах океанской воды, в 50 раз превышает обычную.  Простираются эти насыщенные метаном воды Тихого океана от берегов Центральной Америки до Гавайских островов, то есть на несколько тысяч километров. Источником метана в этом районе, по заключению ученых, являются обитающие на глубине и активно размножающиеся бактерии. При сохранении естественного хода развития событий подводные залежи метана не представляют опасности. Но под воздействием глобального потепления, происходящего вследствие человеческой деятельности, по мнению ученых, толщина подводного слоя, насыщенного метаном, постепенно увеличивается и приближается к поверхности. В определенный момент газ может вырваться в атмосферу. Подобный прорыв может быть вызван также вмешательством человека при ведении технических работ в открытом океане. В этом случае метан может стать причиной быстрого нагревания Земли и вызвать серьезную угрозу для жизни на планете, пишет газета The Independent. https://news.rambler.ru/science/36215503/?utm_content=news&utm                      

 

2.     Газ пошел: Арктика пузырится.                                                                    Это было предсказано еще некоторое время назад, и вот это началось. Глубоко под водами Арктики глобальное потепление вызывает высвобождение метана из-под океанского дна. Недавно было обнаружено более 250-ти потоков газовых пузырьков, поднимающихся со дна океана в районе к западу от норвежского архипелага Шпицберген. Большую часть их составляет метан. Находку сделали британские ученые, работающие в экспедиции на борту исследовательского судна James Clark Ross. Они также отметили, что именно этот район океана омыватся Западным Шпицбергенским течением, которое за последние 30 лет потеплело на 1 °C. Считается, что источник этих выбросов метана — гидрат метана, сохраняющийся во льду под морским дном. По мере повышения температуры он становится нестабильным и распадается с выделением метана. Некоторая часть его, переходя через несложную химическую реакцию, превращается в углекислый газ, который повышает кислотность водной среды. Ну а более мощные потоки рано или поздно наверняка достигнут атмосферы - а возможно, такие уже имеются в других районах мирового океана. Что поражает в результатах британцев, так это объемы выбросов метана, которые они обнаружили. Охватив район всего-то в 600 кв. км, ученые показали, что здесь ежегодно высвобождается 27 тыс. тонн газа, а значит, одни только залежи гидрата в районе Шпицбергена могут выделять в год 20 млн. тонн. Если же расширить эти цифры на весь Северный Ледовитый океан, то получится, что уже сейчас должно происходить постепенное увеличение содержания метана в атмосфере. Ежегодно в нее, видимо, выбрасывается от 500 до 600 млн. тонн этого газа. Впрочем, некоторые ученые считают, что происхождение метана в Арктике иное, и он имеет ту же природу, что и остальной метан, добываемый, скажем, «Газпромом»; место его происхождения — довольно глубоко в недрах планеты. В этом случае потепление вряд ли сказывается на скорости его высвобождения из-под океанских вод. Потепление ускоряет высвобождение метана, а газ этот не только ядовит, но и способен чрезвычайно ускорить дальнейшее нагревание Земли. О запасах природного газа и нефти, которые скрываются в Арктике, читайте: «Кладовая Снежной королевы». По сообщению New Scientist Environment

 

3.   «Академик Лаврентьев» вернулся во Владивосток из арктической экспедиции по изучению глобального потепления.                            Научно-исследовательское судно «Академик Лаврентьев» с 27 учеными из Москвы, Томска и Владивостока на борту вернулось из длительной арктической экспедиции, в которой изучались процессы, влияющие на изменения климата — в частности, выбросы метана на Восточно-Сибирском шельфе. Целью экспедиции стало изучение глобальных климатических изменений в арктическом регионе. В частности мониторинг выхода метана на Восточно - Сибирском шельфе. В первый раз огромные выходы метана специалисты ДВО РАН обнаружили в 2008 году при экспедиции на научно-исследовательском судне «Яков Смирницкий». Но провести серьезные исследования помешала ледовая обстановка. Следующая экспедиция состоялась уже в 2011 году. Мощные выбросы газа тогда были обнаружены на внешнем шельфе моря Лаптевых. В этом году ледовая обстановка позволила поработать подольше. Объемы метана в толще дна исчисляются миллиардами тонн. Если он будет активно выходить на поверхность, в атмосфере могут произойти катастрофические изменения. Например, за счет увеличения парниковых газов в атмосфере, их разогревания, а в дальнейшем — таяния мерзлоты, которой, словно панцирем, покрыта Арктика. Проблема глобальная, но такие масштабные участки для исследования есть только у России — например, Восточно-Сибирский шельф, Аляскинский шельф. Ученые отмечают на картах расположение сипов (участков дна, где из пластов горных пород высвобождаются газы). На точке максимального проявления сипов происходит отбор воды, донных осадков, воздуха. Часть из проб обработают в Стокгольмском университете в рамках договора о совместных исследованиях. Выход метана нельзя прекратить, говорят ученые. И пока затрудняются сказать, как парниковый газ влияет на природу прямо сейчас. Сейчас их задача - контролировать процесс, следить, не происходит ли усиление выбросов. И попытаться спрогнозировать, что случится в ближайшем будущем. http://www.newsvl.ru/vlad/2016/11/02/153161/#ixzz4PM4vK3SO 

4.  В Сибири растет «портал» в подземный мир.                                        Кратер Батагайка в Восточной Сибири крупнейший в своем роде и при этом продолжает увеличиваться в размерах. Согласно февральским измерениям, сейчас он достигает почти километра в длину и 85 метров в глубину. Для ученых сибирский кратер интересен исключительно как земной феномен. Его образование вызвано таянием вечной мерзлоты, которая остается в этом состоянии в течение по крайней мере двух лет подряд. В результате неравномерного проседания почвы формируется рельеф под названием термокарст. Новое исследование, опубликованное в журнале Quaternary Research, предполагает, что кратер может хранить в себе более 200 000 лет истории климатических изменений в Сибири. Ученые планируют собирать осадочные породы, чтобы проанализировать, как менялся пейзаж по мере потепления и охлаждения климата в течение последнего ледникового периода. Спутниковые снимки показывают, что кратер расширяется в среднем на 10 метров в год. Таяние началось в 1960-е годы из-за активной вырубки лесов в связи с развитием строительства. Такое встречается по всему северу, от Аляски до Евразии. По оценкам ученых, в вечной мерзлоте Северного полушария может содержаться около 50 % метановых запасов Земли. А метан, как мы помним, имеет еще более сильный парниковый эффект, чем углекислый газ.                                                       По результатам прошлогоднего исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, значительный скачок в температуре во время последнего ледникового периода произошел как раз из-за высвобождения парниковых газов, запертых в сибирской вечной мерзлоте. Авторы исследования полагают, что это может случиться снова. Углеродный резервуар в сибирской вечной мерзлоте имеет потенциал, чтобы привести к массовым выбросам парниковых газов в атмосферу, отмечают ученые. Кратер Батагайка может быть самым большим кратером Сибири, но это не единственный кратер, образовавшийся в результате таяния вечной мерзлоты. В 2015 году было найдено множество других.  http://www.newscom.md/rus/v-sibiri-rastet-portal-v-podzemnij-mir.html  

5.  Возможности катастрофических происшествий на Черном море.  Открытие ученных позволили доказать наличие подводных газов в участках моря на глубине от 60 до 650 м. Основным веществом, содержащимся в этих слоях на 80% является метан. Доказано так же наличие в водах Черного моря ядовитого сероводорода – он представляет собой газообразное вещество с неприятным запахом, напоминающим тухлые яйца. В Черном море толща воды подразделяется на несколько слоев: живая и мертвая зоны, каждая из которых соответствует своему названию. Зона представленная газами постоянно находится в движении, она вспучивается, выпирает, прорывается вверх. Многие предполагают, что именно это является причиной возникновения на Черном море высоких волн, являющихся аномальными. Наряду с высокими волнами замечено возникновение водяного вала высотой в 10 метров, возникновение которого исчезло в течение нескольких секунд. Наблюдаются так же такие явления как возникновение 25 метровых волн и выше. Их появление не только таинственно, а так же редко встречающееся. Появление их наблюдается во время безветрия, штиля. Явление напоминает вскипание воды, постепенно перерастающее в водяную волну высотой с пятиэтажку. Исчезновение волны происходит так же быстро, как появление. Эти явления невозможно предвидеть и прогнозировать, что опасно для проходящих по морю судов, выжить которым в такой ситуации не реально. Такой прорыв газов возник в 1927 году во время землетрясения в Ялте. Кроме разрушенных построек в городах, расположенных на Южном береге Крыма, наблюдались многочисленные пожары, охватившие море на несколько десятков километров, пламя было высотой около 600 метров. Пожар связывали с проходящей в момент землетрясения грозой. Возгорание метана происходило от ударов молнии в море. А сероводород – ядовитый и горючий газ, находящийся в толще мертвой зоны, распространял свой «аромат» тухлых яиц на огромные расстояния. Ядовитые свойства сероводорода известны и широко изучены. Уже 0,05 миллиграмм сероводорода в 1 метре кубическом воздуха вызывают отравление. А взрывоопасность этого вещества относят к особо опасному ряду. В настоящее время содержание сероводорода в водах Черного моря приближается к 20 тысячам кубических километров. http://ehorussia.com/new/node/2136

    6.     В Байкале возросла концентрация метана.

Ученые СО РАН вновь говорят об экологической катастрофе. 

Эндемичные губки озера Байкал, основа сложного симбиотического сообщества, болеют и умирают, сообщает портал "Наука и технологии РФ – S&TRF".  По мнению специалистов Лимнологического института СО РАН и Иркутского национального исследовательского технического университета, это происходит в результате возросшей концентрации метана в байкальских водах.  Губки образуют симбиоз с сообществом микроорганизмов, которые обогащают воду кислородом, снабжают питают губок различными органическими соединениями, а взамен получают защиту и необходимые им питательные вещества. Все члены сообщества тесно связаны друг с другом. Метаболические связи между бактериями и водорослями разрушаются, водоросли исчезают, резко возрастает численность цианобактерий, что может привести к отмиранию тканей губки. Некроз тканей привлекает других бактерий, которые питаются органическими веществами. В результате состав микробного сообщества и здоровье губок нарушаются необратимо. Ученые связывают изменение симбиотического сообщества с увеличением концентрации метана в байкальских водах. За последнее десятилетие она возросла в три раза, и одновременно в этим, стали регистрировать случаи заболевания губок, и количество этих случаев стремительно возрастает. Микробные сообщества чрезвычайно чувствительны к изменениям условий обитания, в том числе к химическому составу воды. «Гибель эндемичных животных всегда катастрофа. Мы не можем предсказать, какие изменения произойдут среди других организмов прибрежной зоны при исчезновении губок. Кроме того, губки, которые прокачивают большой объем воды, также служат индикатором ее качества, поскольку токсическое вещество, какое бы оно не было, действует на губку в большей степени, чем на организмы, не фильтрующие воду. Но это же токсическое вещество может повлиять и на другие организмы, если это воздействие продлится достаточно долго», - рассказал STRF.ru заведующий лабораторией аналитической биоорганической химии Лимнологического института СО РАН, д.б.н. профессор Сергей Беликов. http://www.baikal-media.ru/news/baikal/325902/

Перечень примеров проявления метана можно продолжать, так как география расположения обнаруженных гидратов метана охватывает весь земной шар.

Что же может быть причиной увеличивающихся метановых генераций?  На схеме образования гидратов (см. ниже) видно, что метан имеет 2 вида происхождения: геологическое и биогенное.

Описание: http://smart-lab.ru/uploads/images/00/00/16/2013/04/24/12c9ad.jpg

И если в последнее время повсеместно отмечается увеличение его выхода, то это свидетельствует о росте давления в местах «хранения» и генерации.   

7.  Газогидратные лидеры

На сегодняшний день лидерами на газогидратном направлении являются Япония, Корея и Индия. Все три страны являются крупными импортерами энергоресурсов, и поэтому считают разработку газогидратных месторождений приемлемой альтернативой зарубежным закупкам. Правда, во всех трех странах проекты в данной области стартовали в 2007-2008 гг., во время наивысшего подъема цен, как на нефть, так и на сжиженный природный газ. В Корее реализацией проекта занимается государственная компания Korea National Oil Corp. С целью приобретения опыта она участвует в исследованиях в области добычи газа из газогидратов, которые сейчас проводятся на Аляске с участием американских федеральных организаций и ряда частных компаний. Залежи оцениваются в 600 млн. т (более 1 трлн. куб. м.) природного газа. Газогидраты залегают под морским дном в Японском море на расстоянии около 135 км. от побережья страны. Несмотря на падение цен на сжиженный газ, правительство Кореи не собирается отказываться от газогидратного проекта. Он включен в государственную программу развития нефтегазодобывающей отрасли, цель которой заключается в повышении уровня самообеспечения страны энергоресурсами. В индийских водах прогнозные резервы газогидратного газа оцениваются более чем в 55 трлн куб. м. Как признают индийские специалисты, в настоящее время в их распоряжении нет технологий добычи газогидратного газа с морского дна, их нужно создавать. Затормозился, похоже, и японский проект. В 2008 г. правительство страны приняло решение о разработке залежей газогидратов, которые были найдены на юге-востоке от острова Хонсю во впадине Нанкай. Запасы газа оценивались в объеме до 50 трлн. куб. м., его добычу планировалось начать в 2016 г. В США исследования в области газогидратного газа осуществляются на двух направлениях. Во-первых, продолжаются разведка и отработка технологий наземной добычи на Аляске, где запасы газогидратного газа, по предварительным оценкам USGS, составляют около 16 трлн. куб. м. В Мексиканском заливе летом 2009 г. обнаружены газогидраты под различными участками морского дна, запасы которого могут достигать астрономического значения - 600 трлн. куб. м!

      8.  Что делать?                                                                                                              Мы сейчас говорим не о добыче метана из «спящих» газогидратных месторождений, а о «разбуженном» метане, самопроизвольная генерация которого постоянно возрастает и о причинах этого процесса.                             Условия образования и сохранности гидратов/клатратов метана - это оптимальное соотношение давления, температуры при наличии воды. Вода вне подозрений, её молекулы создали решетки хозяина при захвате молекул метана при формировании гидратов.  Атмосферное давление в местах расположения сформировавшихся гидратов тоже не изменилось. Давление геологического метана из земных недр мы пока определить не можем. Видимо всё дело в увеличении  температуры, как в недрах Земли в результате каких-то глобальных процессов, так и в поверхностном слое земной коры в результате климатических мутаций. Климатические изменения способны увеличить давление в газогидратных залежах путем высвобождения метана в связи с ослаблением ван-дер-ваальсовых сил сдерживающих метан в водных клатратах. А это, в совокупности с таянием вечной мерзлоты и потерей её прочности, приводит к вспучиванию и «выстреливанию» освобожденного метана и других газов газогидратных месторождений. Вспомним обнаруженные поверхностные аномалии на Ямале - пузыри  на поверхности и кратеры: https://lenta.ru/news/2016/07/20/puzyr/  Если влиять на образование геологического метана человечество ещё не научилось, то снизить последствия выхода биогенного метана может.                                 Предлагается использовать для этого три пути:                                                         1. Организовать добычу метана в местах его сипового проявления.                      2. Организовать переработку метана в белок в местах его выхода с помощью метанотрофных/метанокисляющих бактерий и мобильных биотехнологических комплексов наземного и морского базирования.

   3. Культивировать в водном слое с растворенным метаном метанотрофные бактерии путем их распыления, т. е. создать искусственный защитный биофильтр.

При этом необходимо воспользоваться современными  разработками в области полимерных материалов (пленок, фильтров и др.), а также предложениями биотехнологии и штаммами метанотрофных микроорганизмов, адаптированных для данных сред. При добыче и переработке метана в море не нужны металлические заборники метана и металлические биореакторы – они могут быть пленочными и избирательно проницаемыми.  И не нужно специально готовить питательную среду, а использовать в качестве питательной среды воду океанов, морей и озер, где образовались метановые сипы. Технологические параметры биосинтеза тоже природные, а штаммы для процессов подготовлены на базе метанотрофных бактерий, взятых из этих же сред обитания. Эта технология - пример природоподобных технологий, о которых говорилось на Международной Конференции по климату в Париже в декабре 2015 г. Человечество, спасая себя от неминуемой катастрофы, может  использовать в своих интересах, как добытый метан, так и произведенный на его основе белок, необходимый для ликвидации дефицита животного белка при производстве кормов и продуктов питания. Работа биофильтра после запуска процесса может протекать самостоятельно, не создавая ущерба для природы, т. к. метанотрофные бактерии - первичное звено в пищевой цепи в океане.

 

 ПРИМЕЧАНИЕ: Данный подход можно применить и для организации производства метанотрофного белка на морских нефтедобывающих платформах, используя в качестве источника углерода в процессе биосинтеза метан сжигаемого попутного нефтяного газа.    

 С.Глухих, март - 2017.