Распад метангидратов и образование вечной мерзлоты

В этой статье показано на основании простых расчётов и примеров с  обычным льдом, что метангидраты никак не могли заморозить грунт вечной  мерзлоты восточной Сибири, как это предполагается некоторыми  альтернативщиками. Видео версия статьи также доступна:  https://youtu.be/0MOD1ZP1SuY

Я уже давно заметил, что многие люди  пишут в комментариях о том, что происхождение вечной мерзлоты в какой-то  мере обязано метангидратам согласно распространяемым некоторыми  альтернативщиками предположениям и гипотезам.

Рисунок 1. Толщина вечной мерзлоты в восточной Сибири.

Я  не буду описывать химическую формулу метангидратов, а только скажу, что  они представляют из себя замороженный с водой газ метан или правильнее  сказать замороженную смесь льда и метана. Проще сказать, то газовый  гидрат это тот же лёд, но только с замороженным газом. Сразу же скажу,  что я считаю, что метангидраты не являются причиной заморозки, а как раз  наоборот они являются следствием оной.

Рисунок 2. Строение молекулы (метан в середине льда) и химическая формула метангидрата.

Суть гипотез с метангидратами в том, что  огромная волна в виде цунами. Причин её образования называется  несколько, что в принципе не столь важно для данного повествования и  детали образования этой волны мы пропустим. Скажу только, что среди  основных причин называют переворот Земли по принципу кувырка  Джанибекова, падение в Северный-Ледовитый океан космического тела и тому  подобное. Но давайте всё же вернёмся к самой волне, так вот  альтернативщиками предполагается, что эта волна цунами захватила с собой  нижний придонный слой морских отложений с метангидратами в  Северном-Ледовитом океане. Скажу сразу же, что сам факт такого процесса  как сдирание придонных осадков такой крупной волной стоит под очень  большим вопросом, так как метангидраты не могут находится в стабильном  состоянии на глубинах менее 400-500 метров в зависимости от температуры  придонной воды и таким образом эта волна цунами должна была как  бульдозер захватить грунт на глубинах более 500 метров, что очень сложно  осуществить в реальности. 

Но хорошо, пусть так оно и было, как  предполагает довольно-таки большое число альтернативных историков. Так  вот эта волна принесла океаническую воду с морским грунтом и  метангидратами на сушу, где вследствие падения давления метангидраты  начали распадаться на воду и метан. Падение давления не атмосферного, а  уменьшение давления именно на метангидраты, которые находились в  относительно стабильном состоянии под толщами океанической воды на  глубинах в несколько сотен метров, а попав на сушу они и начали  распадаться с огромным поглощением тепла, что и привело к заморозке  соседствующей с ними глины и воды в слое в сотни метров толщиной,  образовав слой вечной мерзлоты в восточной Сибири. Как правило, при  такого рода предположениях вообще никаких расчётов не приводится, а  просто пересказывается от одного человека к другому постулат об огромном  поглощении тепла при распаде метангидратов, которые вследствие резкого  уменьшения давления начали распадаться, поглощая тепло, то есть  замораживая всё вокруг себя. Простыми словами распад метангидратов  приводил к заморозке смеси океанической воды с разного рода глинистыми  осадками толщиной даже более 500 метров местами.

Рисунок 3. Отрывок из книги: Воробьев А.Е., Малюков В.П., 2009. Газовые гидраты. Технологии воздействия на нетрадиционные углеводороды. РУДН, Москва, 289 стр., ISBN: 978-5-209-03107-9. http://www.geokniga.org/books/...

Ну что же, давайте от слов перейдём к  делу и попробуем оценить то тепло или ту энергию, которая необходима для  распада газгидратов на воду и газ. Я решил взять одну из геологических  книг, где процесс распада метангидратов рассмотрен в деталях, а именно я  взял книгу Воробьёва и Малюкова «Газовые гидраты. Технология  воздействия на нетрадиционные углеводороды». В этой книге я и нашёл  информацию о том, сколько энергии необходимо для того, чтобы произошёл  распад метангидрата и как вы можете видеть на рисунке 3, то необходимо  примерно около 0,5 десятых МДж на один килограмм метангидрата, но здесь  же приведено значение энергии необходимой для плавления 1 кг льда,  составляющее 0,34 сотых МДж. То есть обычный лёд при плавлении забирает  больше половины энергии необходимой для распада метангидрата, но как мы  хорошо все знаем при плавлении льда окружающее пространство не  замораживается, хотя энергии для плавления 1 кг льда необходимо больше,  чем для плавления 1 кг железа. Возмущённые зрители сейчас скажут как это  так, ведь для плавления железа даже специальные печи делают. Но я имел в  виду именно энергию необходимую для фазового перехода из твёрдого в  жидкое состояние, а не энергию необходимую на нагрев металла до  температуры плавления. Ещё один пример, для того, чтобы растопить 1 кг  льда, нужно столько же тепла, сколько требуется, чтобы нагреть 1 литр  воды на 80 °C, так как теплоёмкость воды 4,2 кило Дж на 1 кг на один  градус. Проще говоря необходимо 4,2 кило Дж энергии для того, чтобы  изменить температуру 1 литра воды на один градус. Напомню, что литр воды  равен 1 кг при комнатной температуре. В принципе на сравнении энергий,  потребляемых при распаде метангидратов и плавлении обычного льда можно  было и закончить это повествование о несостоятельности метангидратной  гипотезы происхождения вечной мерзлоты, но мы всё пойдём дальше, чтобы и  капельки сомнения не оставить в правоте наших предположений.

Теперь  давайте попробуем посчитать, сколько нам необходимо метангидратов в той  предполагаемой волне цунами, которая при распаде метангидратов  самозаморозилась на поверхности восточной Сибири, образовав вечную  мерзлоту. Я не буду приводить расчёты в этой части статьи, так как  большинству читателей они буду не понятны, а тем, кому интересно могут  увидеть сами расчёты в деталях в конце статьи. В общем поверьте мне на  слово, что для того, чтобы заморозить 100 метровую толщу пород ледяного  комплекса, будет необходимо в среднем иметь в этой 100 метровой толще  около 40 метров и более самих метангидратов и это при условии, что их  распад будет фактически моментальным, что невозможно в принципе. Ещё  одно из условий — это понижение температуры до -2 градусов, то есть до  заморозки морской воды. А ведь все хорошо знают, что даже обычный лёд не  тает мгновенно, а нужно время для его таяния при низких температурах и  все знают, что температура вечной мерзлоты ниже -2 градусов мороза.  Почему расчёты сделаны для низких температур, а не для высоких? А  потому, что температура воды с метангидратами не могла быть больше 4  градусов, так как в противном случае метангидрат бы распался, а если мы  даже возьмём большую температуру, тогда в 100 метровой толще изначальной  смеси морской воды, грунта и метангидратов, метангидраты должны будут  занимать ещё больше места, так как для понижения температуры этой смеси  на каждый градус нужно дополнительно поглощение тепла, которое и  компенсируется увеличением количества распадающихся метангидратов.

Рисунок 4. Метангидрат в руках геолога на научном судне.

А теперь самое главное, смотрим на  картинку на рисунке 4. И что мы видим? А мы видим метангидрат на научном  корабле в наземных условиях и, о боже, он не распадается мгновенно, а  лежит себе в руках геолога покрывшись ледяной корочкой и в ус не дует.  Так вот метангидрат не распадается мгновенно, как и не тает лёд  мгновенно, а это однозначно исключает замораживание вечной мерзлоты  метангидратами. Или же правильнее сказать полностью исключает распад  метангидратов из основных причин резкого замораживания вечной мерзлоты. В  добавок только скажу, что распад метангидратов никах не мог заморозить  вечную мерзлоту до значений более -10 градусов, так как в этом случае  нам нужно будет огромное количество метангидратов. К тому же хорошо  известно, что для быстрой заморозки туш мамонтов, температура должна  была быть намного ниже -10 градусов мороза, что ещё в свою очередь  делает фактически невозможным процесс быстрого распада метангидратов  даже при их нахождении в поверхностных условиях при давлении в одну  атмосферы. Дальше больше, при температурах около нуля в нижних частях  волны распад метангидратов должен был бы прекратиться из высокого  давления воды и грунта на оные, а точнее распад гидратов и не должен был  начаться там. И ещё для того, чтобы образовалась такая огромная волна  нужно очень много энергии, а для того, чтобы она ещё и захватила с собой  придонный грунт нужна большая скорость, при которой заморозка бегущей  волны с грунтом за счёт распада метангидратов в движении почти  невозможна. В случае же, если совместно с образованием такого рода  цунами, произошло смещение Сибири к Северу и резко упала температура  воздуха, то распад мог даже не начаться, так как при очень низких  температурах они более или менее стабильны. Вывод может быть только один  - метангидратная гипотеза не выдерживает никакой критики и должна быть  забыта альтернативщиками. 

Как итог могу написать или повторить  то, что я написал в самом начале статьи - метангидраты не являются  причиной возникновения вечной мерзлоты, а являются следствием  возникновения оной. В принципе это уже и так понятно согласно  написанному мной выше.

Расчёты

Ну что же, а теперь обещанные  расчёты касательно влияния распада метангидратов на образование вечной  мерзлоты. Для начала определимся с температурой воды в  Северном-Ледовитом океане, которая сейчас составляет в среднем в  пределах 2 градусов Цельсия, но она в прошлом должна была быть больше,  но давайте оставим 2 градуса для чистоты эксперимента, хотя даже сейчас  летом она прогревается до 6 градусов. Ладно оставим всё же два градуса.  Идём дальше и берём температуру заморозки солёной морской воды, которая  примерно -1,8 градуса, что мы можем округлить до -2 градусов. В общем  только для заморозки волны с глиной нам необходимо понизить температуру  этой смеси на почти 4 градуса. Кстати, при заморозке воды выделяется  много тепла, а именно столько же сколько необходимо для плавления льда,  то есть 340 кило Дж на 1 литр воды. Для изменения температуры 1 кг воды  на 4 градуса нам нужно 16,8 кило Джоулей энергии забрать у воды, так как  её теплоёмкость 4,2 кило Дж на 1 кг на один градус (теплоёмкость  морской воды немного ниже, но проблема в том, что большая часть вечной  мерзлоты это несолёная вода), а учитывая то, что при замерзании 1 литра  воды выделяется 340 кило Джоулей (это именно та энергия, которая  выделяется при фазовом переходе воды из жидкого в твёрдое состояние), то  в сумме мы получим 340  + 16,8, что равно при округлении 357 кило  Джоулям. Таким образом получается, что распад 1 кг метангидратов не  способен заморозить даже 2 литра воды. 

Хорошо, теплоёмкость  глины, присутствующей в этой волне, всё же меньше, чем у морской воды и  нам нет необходимости менять фазовое состояние глины, так как она при  этих температурах находится в твёрдом состоянии. Простыми словами для  заморозки глины нам необходимо поглотить намного меньше тепла распадом  метангидрата, чем при заморозке воды, так как глина уже находится в  твёрдом состоянии, а при соотношении воды к глине как 1 к 1 в составе  вечной мерзлоты, то есть при 50% воды и 50% глины в породах ледового  комплекса, но процентное содержание воды в этих породах местами доходит и  до 90% процентов, то для упрощения расчётов возьмём 50/50 глины и воды  по массе в вечно мерзлоте. В случае 50% воды, для заморозки 1 кг воды с  глиной нам необходимо будет 357/2=178,5 кДж энергии поглотить распадом  метангидрата плюс около 7 кило Джоулей для уменьшения температуры глины  на 4 градуса, что в итоге даст нам 182 кДж при 0,5 кг глины. Грубо  говоря в этом случае распад 1 кг метангидратов при средней энтальпии  около 460 кило Джоулей (а возможные значения находятся в таких пределах:  420-500 кДж/кг, то есть может быть и ниже значения, взятого мной),  может теоретически заморозить примерно 2,5 кг глины с морской водой.  Повторюсь, что распад 1 кг метангидрата может заморозить только 2,5 кг  глины с водой даже если вся эта энергия при распаде метангидрата будет  поглощена почти мгновенно, то в 100 толще морской воды с глиной и  газгидратами должно быть изначально более 40 метров метангидратов, так  как плотность глины и морской воды больше плотности метангидрата. 40  метров представляют из себя минимальное значение, а теоретически должно  было быть больше. В общем чуть ли не половина той волны должна была бы  быть отдана на метангидраты. И само собой, что метангидрат не  распадается мгновенно, как и не тает лёд мгновенно.

Error

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded 

When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.