К.г.н. Люшвин П.В.

Метаногенные явления в гидро, крио и атмо сферах

 

Аннотация

При горении метана выделяется масса тепла. У природы имеется и иной, щадящий биоту, способ окисления метана - бактериальное окисление. Это тепло, обуславливает появление промоин в покрытых льдом илистых водоемах, способствует образованию местных облаков в зонах смешения влажного теплого болотного воздуха с прохладой соседних водоемов. Человек вполне может не только интенсифицировать метаногенные процессы, но и имитировать их. При желательности местных облаков и осадков - пускать пар с ТЭЦ в ближайшие водоемы. Чтобы снизить число метаногенных проталин на переходах через замерзшие водоемы - бурить лунки вдоль переходов. Для предотвращения заторов и зажоров в илистых водотоках способствовать образованию пористого льда, как у камышей, - закачивать под лед атмосферный воздух, а не взрывчатку.

Ключевые слова: метан, окисление, болота, водоемы, водяной пар, облака, лед, промоины.

 

Введение

     В дегазации Земли метан, наряду с водородом и углекислым газом, один из наиболее массовых малых газов. Его плотность в 2 раза меньше плотности атмосферы, составляет ≈1,8*10-6 объема атмосферы, где живет 8÷12 лет. Биогенная составляющая ≈5÷30%, техногенная до 6%. Стекает метан из атмосферы после реакций с гидроксилом и кислородом в виде воды и угарного газа. При горении метана выделяется масса тепла:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 880 кДж                       [1].

     У природы имеется и иной, щадящий биоту, способ получения тепла из метана - метанотрофное, бактериальное окисление метана:

CH4 + 2O2 = HCO3 + Н + H2O + 814 кДж               [2].

     В илах болот бактериальное окисление метана обуславливает суточный нагрев среды >3°С, что способствует повышенному испарению. Схлопывающиеся пузыри болотного газа поставляют в атмосферу массу мельчайших брызг и детрит - основу ядер конденсации. Над луговыми болотами, окруженными водоёмами или лесными болотами, при смешении влажного теплого лугового и влажного прохладного водно-лесного воздуха конденсируется атмосферная влага, идут ливневые осадки [1,2].

Облака над мористыми волжскими отмелями

     Классические ситуации, с позиций образования местных облаков, наблюдаются на весеннем волжском взморье (рис.1). Облака только у островов и отмелей (орографической компоненты – нет), где теплый влажный воздух перемешивается с прохладным морским.

Рис.1. Облака над волжским взморьем. а – положение спутникового кадра 18.04.1996г. (б) [3], спутниковый снимок 11.05.2009г. (в) [4].

Облака у бессточных озер волгоградской степи

     «Удобной» с позиций анализа приуроченности облаков к сочленениям луговых болот и водоемов являются бессточные солончаковые степные озера - Эльтон и Баскунчак (рис.2). Относительная влажность воздуха в регионе 09.08.2010 г.  была ниже 70%, 11.08.2010 г. относительная влажность превышала 90%, облака в эти дни были только у озер (рис.2.б-д). Метаногенное генерирование облаков происходит и в степных районах после дождей там, где окисление метана во влажной траве на пригорках соседствует с залитыми водой понижениями рельефа. Когда эти явления охватывают обширные территории, то над ними даже на спутниковых обзорных снимках, наблюдаются повышенные концентрации метана в нижней тропосфере (рис.2.з-ж).

Рис.2. Монтаж спутниковых снимков волгоградских и астраханских степей (а). Снимки облачного покрова у озер Эльтон и Баскунчак 9 и 11.08.2010г. и астраханской степи 3.06.2009г. (б,г,е – видимый участок спектра, в,д,ж – инфракрасный соответственно) [4]. Концентрация метана на уровне 681 мб., фоновые значения ≈1,7, максимум в воздушной струе, тянущейся на восток от нижней Волги ≈ 1,9 ppmv [5].

Облака над скоплениями углеводородов

     Имеются ситуации, когда над степью и морем безоблачно, облака только над волжской дельтой – скоплениями болотного газа и месторождениями углеводородов (рис.3.а-в). Для улучшения орошения дельты Волги целесообразно создать преграду для сухого степного воздуха с востока. Такую преграду в атмосфере может создать влажный воздух с запруженных широких стариц на востоке дельты. Метаногенные облака и осадки замедлят высыхание дельты, демпфируют изменения уровня воды в полоях за счет неравномерности попусков с волгоградской ГЭС, что порой обуславливают катастрофическое обсыхание икры и мальков.

     Уединенные облака порой наблюдаются в центре волжского взморья над месторождением газа (рис.3.б,в), где круглогодично экстремально высокое содержание метана (1÷11 мг/кг) (рис.3.г). В остальных акваториях Северного Каспия содержание метана в грунтах, как правило, на порядки ниже. На р/л снимках над месторождением метана порой наблюдаются яркие пятна. Обусловлены они увеличением шероховатости пузырькового генезиса (рис.3.д,е).

Рис.3. Облачный покров над волжской дельтой и взморьем (а – 03.08.2009г., б – 23.05.2008г., 01.05.2010г.) [4]. Содержание метана в грунтах волжского взморья (г). Радиолокационный снимок взморья 01.07.2003г. (д) [6], е – увеличенный фрагмент.

 

В безоблачных ситуациях над северо-западной частью Черного моря, также как и над северокаспийским месторождением метана, наблюдаются уединенные облака (рис.4). Приурочены они к разрабатываемому месторождению метана (30-40 км к западу от мыса Тарханкут), газогидратам, сипам и богатой метаном осадочной толще палео русла Днепра (рис.4.е). Пузырьки газов лопаясь, выплескивают в атмосферу массу мельчайших брызг. При испарении этих брызг воздух насыщается водяным паром и ядрами конденсации – частичками соли и детрита. Все это происходит на фоне утончения фотического слоя взмученным детритом и скоплениями биоты у метаногенных заморов аэрофильных рыб. Процессы дегазации порой столько интенсивны, что летом видны даже на спутниковых инфракрасных снимках низкого разрешения в виде апвелинга. Обусловленные этими процессами температурные контрасты во влажном воздухе способствуют образованию местной облачности [1].

Рис.4. Местоположение промышленной добычи метана и газогидратов (а). Подъем струй метана (б). Уединенные облака на северо-западе Черного моря 11.05.2002г., 28.09.2009г., 19.08.2010г. и над палео руслом Днепра 25.07.2009г. (в-е соответственно).

Сейсмогенные метаногенные облака

     При активизации сейсмической деятельности в местах мягкого осадочного чехла усиливающаяся дегазация способствует образованию водных метеорологических облаков над увлажненными территориями и шельфом (рис.5.а). Так, например, в каспийском регионе в нижней атмосфере от эпицентров землетрясений тянутся шлейфы повышенных концентраций метана (рис.5.б-д). Ни за сутки до, ни после землетрясения 11.10.2005 г. над Красноводским п-вом не было облаков (рис.6.а,в). Лишь в день землетрясения над эпицентром землетрясения над полуостровом были водные метеорологические облака (рис.6.б,г). Причем наблюдались облака над морем и берегом, а не над пустыней, куда сносился, выделившийся при землетрясении метан (рис.5.б). Генезис небольшого уединенного облака над юго-востоком Каспийского моря 09.08.1988 г. также, по-видимому, связан с дегазацией Земли, поскольку облако находится над Грязным вулканом (рис.6.е,ж).

Рис.5. Эпицентры землетрясений в восточном полушарии 28-29.10.2008 г. и содержание метана на уровне 681 гПа (а); в каспийском регионе 10-11.10.2005 г. (б), 17-18.02.2006 г. (в), 21-22.08.2007 г. (г), 30-31.03.2008 г. (д) [5,7].

Рис.6. Спутниковые снимки каспийского региона 10-12.10.2005г. (а-в). Водность облаков (г) [8]. Положение спутникового снимка юго-востока Каспийского моря (д), спутниковый снимок 19.09.1988г., в эллипсе облако над Грязным вулканом (е) [3].

Ужас московского лета 2010 г.

     В конце июля – первой половине августа 2010 г. в центральной европейской части России установилась знойная засуха, относительная влажность воздуха часто превышала 80%, однако осадков почти не было, в воздухе висел смог. Однако в точечных местах региона часто были ливневые дожди. Из анализа радиолокационных данных наблюдений оказалось, что это происходило над заболоченными лугами, соседствующими с водоемами. На юге Домодедовского района Московской области (у отделений Краснопутьского сельского округа), севернее г. Калуги у луговых болот над подземным газохранилищем у слияния рек Угры и Оки, у Твери, на границе Московской и Рязанской областей (рис.7). Существование этих осадков порой входило в противоречие с прогностическими гидрометеорологическими данными. Так, например, около полудня 21 июля 2010 г. там, где относительная влажность приземного воздуха превышала 85%, наблюдались облака (рис.8). Однако у сочленений луговых болот с водоемами севернее г. Калуги и на юге Домодедовского района осадки тоже были, хотя по данным брекноловского метеорологического центра из-за дефицита атмосферной влаги (≤80%) их не должно было быть. Обусловлены эти противоречия игнорированием гидрометеорологами биохимических и физических процессов при микробном окислении метана, интенсификации развития метанобразующих бактерий при температурах среды свыше 30ºС.

Рис.7. Фрагменты радиолокационных снимков гидрометеоров в московском регионе в 2010г.: 16 ч. 20.07 (а), 14 ч. 30 м. и 15 ч. 30 м. 21.07 (б,в), 15 ч. 22.07 (г), 14 ч. 10 м. 23.07 (д). Эллипсами отмечено частое положение очагов местной облачности и осадков (е).

Рис.8. Радиолокационные снимки облаков московского региона 21.07 2010г. (а,б). Относительная влажность воздуха на уровне 850 мб. (в)

Метаногенные явления в криосфере

     Лед препятствует эмиссии метана из воды в атмосферу. Тепло, выделяющееся при окислении метана, топит лед, образуя во льду пузыри-каверны, пропарины, проталины и полыньи (рис.9.а). При массовой эмиссии метан размеры проталин и полыней достигают километров. Так, например, через неделю после эмиссии из байкальских недр в атмосферу метанового облака в апрельской метровой толще льда появилась пропарина, размером в несколько километров (рис.9.б,в) [1,3,5].

     Тепловые метаногенные явления можно использовать для предотвращения заторов льда в илистых водоемах в ледоходы. Для этого под лед следует закачивать атмосферный воздух, заделывая лунки снегом и льдом. В местах недостаточной концентрации природных илов, например, у мостовых опор, закачивать под лед смесь атмосферного воздуха с природным газом, в «карманы» у опор осенью складировать ил с ближайших болот. Для упрочнения ледяных переходов следует для оттока метана делать лунки вдоль переходов.

 Рис.9. Каверны во льду (а). Эмиссия метана в атмосферу в районе о. Байкал (в эллипсе) 14-15.04.2009г. (б), пропарина в о. Байкал 20.04.2009г. [3] (в).

Выводы и рекомендации

     Ранее Москву орошали дожди с лужниковской поймы и замоскворецких болот. Ныне - застроены. Осталась заброшенная москворецкая пойма у района Орехово-Борисово, пустыри вдоль МКАД, окрестности царицынских прудов. Обваловав и залив их водой можно воссоздать водно-болотные заповедники, хозяйства супер-карп. Концентрировать влагу над ними можно, создавая по их периметру полосы отрицательного статического напряжения или ионизированного воздуха, аналогичные тем, что наблюдаются при активизации разломов земной коры. В зонах воздействия будет уменьшаться концентрация водяного пара, «разлетаться» водная метеорологическая облачность, сгущаться атмосферная пыль, прибивать которую к земле можно фонтанами воды с опор ЛЭП. Аналогичные технологии очищения воздуха можно использовать у автотрасс, мест перегрузки сыпучих материалов.

     Для интенсификации облакообразования в городах можно подавать пар с ТЭЦ в часть ближних прудов. Примером чему были облака, генерируемые теплой водой из бассейна Москвы и примыкающим прохладным воздухом с реки, под капли и снежинки с которых попадали москвичи. Пузырьки взбаламучивали купающиеся (брызг водопадов недостаточно для образования облаков, необходимо чтобы они были теплыми, чтоб возникала неустойчивая стратификация – вертикальное перемешивание атмосферы). Метаногенные осадки спасут от пересыхания малые реки, водоемы и колодцы, от пожаров рощи и населенные пункты. У заповедных болот и водоемов, в которые пущен пар с ближайших ТЭЦ, население будет ощущать сопричастность к ЧУДУ, в знойную засуху - метаногенным дождям, в бесснежные зимы – снегу! Например, для создания облаков орошения над центром Москвы, следует пускать пар с ТЭЦ у Кремля в обводной канал.

    Предлагаемые технологии позволят отвести от аэрофильных гидробионтов крайне токсичный для них метан, насытить воду кислородом вместо взрывчатки.

Литература

1. Люшвин П.В. Использование метана для сохранения гидробионтов во внутренних водоёмах и прибрежных акваториях // Рыбное хозяйство. 2011. №3. С.40-42.

2. Люшвин П.В., Коршенко А.Н., Катунин Д.Н., Станичный С.В. Активная роль метана в распределении гидрохимических характеристик вод окраинных морей // Рыбное хозяйство. 2010. №4. С.57-60.

3. http://catalog,scanex.ru.

4. http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/realtime/.

5. ftp://l4ftl01.larc.nasa.gov/TES/.

6. http://muis-env.esrin.esa.it/geteolisa/manual.html.

7. http://www.ncedc.org/anss/catalog-search.html.

8. http://www.ssmi-data.com/.