Читаем Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего полностью

Самое поразительное открытие Димитри Сверженски связано с происхождением алмазов, которые, как все думали, образуются, когда атомы углерода подвергаются экстремальному давлению, а вода в этом процессе не играет особой роли{95}. Работая с аспирантом Фан Хуаном, Сверженски обнаружил, что алмазы столь же легко образуются в водных мантийных флюидах вообще без какого-либо изменения давления. В действительности к появлению кристаллов алмаза приводит простое повышение кислотности находящегося под давлением обогащенного водой раствора. На самом деле процессы, которые соответствуют ранее необъяснимым картинам роста природных драгоценных камней, — циклы роста и растворения алмаза — могли вызываться естественными колебаниями кислотности глубинной воды.

Эти и другие открытия указывают нам на активную область на глубине немногим более 100 км под нашими ногами — скрытое царство химических процессов, которое миллиарды лет играло важнейшую роль в глубинном углеродном цикле Земли. Но как мы можем убедиться в этом? Какими доказательствами на поверхности Земли могут подтвердиться смелые утверждения Сверженски?

<p><strong>Загадка глубинного метана</strong><a l:href="#c96" type="comment">{96}</a></p>

Одно из самых дерзких и многообещающих открытий DEW — наглядная демонстрация того, что метан может в огромных количествах подниматься из мантии Земли, формируя гигантские резервуары в коре. Геологи в других частях света, особенно в России и Украине, долгое время настаивали на глубинном абиотическом происхождении большей части природного газа и других углеводородов. Однако многие геологи-нефтяники Соединенных Штатов и других нефте­добывающих регионов были категорически против этого представления: они указывали на большие резервуары, однозначно образовавшиеся из погибших растений, животных и микробов. Некоторые из нас долгое время подозревали, что этот спор, возможно усиленный враждой холодной войны и профессиональным соперничеством, является ложной дихотомией. Не исключено, что оба лагеря правы и метан может образовываться по-разному. DCO надеялась исследовать оба варианта.

Как нам проверить эти две соперничающие гипотезы происхождения метана — глубинное абиотическое против поверхностного биотического? Какая доля метана, если она вообще есть, образуется в результате химических процессов в горячей мантии в противоположность микробиологической активности гораздо более холодной коры? Как мы сможем распознать разницу? Разве все молекулы метана не одинаковы?

Все молекулы метана действительно имеют формулу CH4, но оказывается, что C и H образуют пары с разными «изюминками» — разными изотопами, которые делают исследование метана намного более интересным. Вспомните, что углерод, у которого всегда ровно шесть протонов (это уникальная характеристика углерода, которая отличает его от любого другого элемента), может иметь шесть или семь нейтронов, чтобы образовывать более распространенный углерод-12 (также пишут 12C) или несколько более тяжелый углерод-13 (13C). У водорода — первого элемента Периодической таблицы — всегда один протон, а нейтронов обычно нет. Однако примерно один из 6420 атомов водорода в океанической воде имеет-таки один нейтрон в более тяжелом изотопе водорода — дейтерии, который обозначается D.

Порядка 99 из каждых 100 молекул метана содержат один атом углерода-12, окруженный четырьмя обычными атомами водорода. Это самая естественная форма метана. Примерно одна молекула из 100 обладает более тяжелым углеродом-13, и только одна из 1500 содержит один атом дейтерия. Все становится еще увлекательнее, когда два тяжелых изотопа замещаются, образуя или 12CH2D2, или 13CH3D. Таких редких «дважды замещенных» молекул метана буквально одна на миллион. Так что, если вы тоже считали варианты, мы приходим к существованию пяти разновидностей метана, отличающихся изотопами.

Потрясающая новость для ученых DCO заключается в том, что прояснить происхождение метана могут как раз соотношения этих разных сочетаний изотопов. Важную роль в этих соотношениях играет температура, а также биологическая история образца. Теоретики предполагают, например, что метан, образовавшийся при более высокой температуре, будет содержать немного больше 12CH2D2, а в метане, образованном микробами, обычно относительно мало 13CH4{97}. Чтобы узнать побольше о происхождении метана, все, что нам нужно сделать, — это измерить соотношения пяти разных его видов в любом образце.

Ключ к тайнам метана — его молекулярная масса. У каждой из пяти разновидностей метана она своя, немного отличающаяся от других. В теории мы могли бы измерить массы миллионов отдельных молекул метана, чтобы определить их относительное количество и таким образом узнать их происхождение. На практике это не так-то просто.

Перейти на страницу:

Похожие книги

100 великих тайн Земли
100 великих тайн Земли

Какой была наша планета в далеком прошлом? Как появились современные материки? Как возникли разнообразные ландшафты Земли? Что скрывается в недрах планеты? Научимся ли мы когда-нибудь предсказывать стихийные бедствия? Узнаем ли точные сроки землетрясений, извержений вулканов, прихода цунами или падения метеоритов? Что нас ждет в глубинах Мирового океана? Что принесет его промышленное освоение? Что произойдет на Земле в ближайшие десятилетия, глобальное потепление или похолодание? К чему нам готовиться: к тому, что растает Арктика, или к тому, что в средних широтах воцарятся арктические холода? И виноват ли в происходящих изменениях климата человек? Как сказывается наша промышленная деятельность на облике планеты? Губим ли мы ее уникальные ландшафты или спасаем их? Велики ли запасы ее полезных ископаемых? Или скоро мы останемся без всего, беспечно растратив богатства, казавшиеся вечными?Вот лишь некоторые вопросы, на которые автор вместе с читателями пытается найти ответ. Но многие из этих проблем пока еще не решены наукой. А ведь от этих загадок зависит наша жизнь на Земле!

Александр Викторович Волков

Геология и география