Экологические аспекты дегазации Земли

Глава 5. Гипотеза водородной продувки озонового слоя.

        Авторская концепция разрушения озонового слоя основана на предположении о возможности взаимодействия эндогенных флюидов: водорода, метана, (азота) - со стратосферным озоном. Водородный цикл разложения озона был открыт еще в 1965г., то есть с точки зрения химии, наша гипотеза не является оригинальной. Мы лишь привлекаем внимание специалистов к "новым" источникам озоноразрушающих газов, которые ранее не учитывались специалистами в области химии атмосферы. Подходя к оценке источников озоноразрушающих веществ с геологических позиций, автор пытается показать их решающую роль в планетарном балансе озона.

        Эндогенные потоки водорода, метана, азота и часто сопровождающего их гелия это объективная реальность, подтверждаемая инструментальными измерениями. Главной особенностью процесса глубинной дегазации является неравномерность его во времени и в пространстве. Потоки эндогенных флюидов в рифтовых зонах на два порядка превосходят потоки из других геоструктурных зон, поэтому главными каналами дегазации Земли, через которые растворенные во внешнем ядре газы выходят на дневную и морскую поверхность, являются рифтовые зоны.

Водородная гипотеза подтверждается геологической позицией наиболее устойчивых планетарных озоновых аномалий.

        Антарктические озоновые дыры. Главные каналы дегазации планеты - срединно - океанские рифты максимально сближаются возле Антарктиды (рис.1), где и сливаются в единый Циркумантарктический рифт. Таким образом, Антарктида - это участок планеты, над которым суммируются наиболее обильные потоки восстановленных флюидов и атмосфера подвержена максимальной для планеты продувке озоноразрушающими газами. Поэтому разрушение озонового слоя максимально именно здесь.      

рис.1

        Эндогенная активность собственно Антарктиды реально проявлена в интенсивно действующих вулканах, расположенных как в пределах материка, так и на вулканических островах возле его побережья. Чрезвычайной активностью отличается влк.Эребус. В его кальдере расположен самый крупный в мире гейзер Маунт-Берд, а в кратере - лавовое озеро.

        Озоновые минимумы Северного полушария. В ЦАО Росгидромета под руководством В.И.Бекорюкова были проанализированы все ряды наблюдений мировой наземной сети озонометрических станций с целью выявления тех из них, где наиболее часто регистрировались пониженные значения ОСО. В результате проведенных исследований установлены три наиболее устойчивых озоновых минимума Северного полушария - о.Исландия, Красное море, Гавайские острова (рис.2). Названные пункты максимально удалены от промышленных районов, но являются наиболее активными центрами толеитового вулканизма. Они отличаются интенсивной современной вулканической деятельностью, которая сопровождается потоками восстановленных газов.

        Озоновые аномалии экваториальной зоны были выявлены в январе 1998г. специалистами ЦАО, при обработке спутниковых данных. Они показаны на рис.3. Центр наиболее мощной озоновой аномалии, где среднемесячный дефицит ОСО достигал 30%, абсолютно точно расположился над самой активной зоной Восточно-Тихоокеанского поднятия (ВТП). Здесь в 15-20 градусах южнее экватора на дне океана еще в 1979г были обнаружены 9 водородных источников, в осевой части ВТП фиксируется аномально высокий, даже для срединно-океанских хребтов, тепловой поток, здесь же инструментально измерена самая высокая скорость спрединга, достигающая 10-12см/год. Это участок высокой сейсмической активности. Отношения изотопов гелия в газовых эманациях достигают здесь величин n х 10^-5. В 1994 г. здесь обнаружена самая мощная в мире действующая парогидротермальная система.

рис.2

        Сейсмические исследования, выполненные в 1995-1996г.г. (проект MELT) выявили здесь зону аномально низких скоростей (расплав), распространяющуюся до глубин 150-200км.

        Следующий к востоку центр расположился над морем Уэделла, т.е. близко к тому месту, где он был зафиксирован еще 12 декабря 1987г. Отмеченное повторение местоположения центра озоновой аномалии указывает на не случайность этого явления. Восточнее, уже в экваториальной зоне, два озоновых минимума очень четко приурочены к Восточно-Африканской рифтовой зоне, где расположен ряд активных вулканов, некоторые (Ньирагонго) с лавовыми озерами в кратере. Вдоль всей этой зоны расположены многочисленные гелиеносные источники, указывающие на интенсивную дегазацию данной рифтовой структуры. Третий африканский минимум "накрывает" побережье Гвинейского залива. О современной эндогенной активности этого района свидетельствуют газовые выбросы вулкана Камерун, о которых мы будем говорить ниже. Еще один январский 1998г минимум ОСО, выявлен несколько северо-западнее вулканического архипелага Кергелен, на простирании одноименного хребта. Для этого района Индийского океана характерно большое разнообразие типов островных вулканитов (Ряховский, 1999), т.е. своеобразная петрохимическая аномалия. И, наконец, несколько южнее экватора проявились два австралийских минимума. Первый у западного побережья материка или над восточным краем Западно-Австралийской котловины. Другой, расположен над северо- западной частью Кораллового моря. Он накрывает полуостров Йорк, на котором обнаружены выбросы природных газов с большим содержанием водорода и метана.

        Положение практически всех рассмотренных озоновых аномалий в низкоширотной зоне планеты контролируется геологическими факторами. В первую очередь, положением областей разуплотненной мантии - "мантийных суперплюмов", выявленных методами сейсмической томографии. Хорошее совпадение озоновых аномалий с зонами разуплотнения мантии, прослеживаемых от границы внешнего ядра, приводят нас к выводу о том, что главной причиной интенсивного разрушения озонового слоя являются глубинные потоки флюидов, окисление которых и является основной причиной разогрева мантии.

рис.3

        Озоновые аномалии над территорией России. На рис.4 представлена карта центров озоновых аномалий, возникших над территорией России с ноября 1991г по 2000г. Для составления этой карты нами было использовано около сотни карт среднемесячного дефицита озона над Россией и сопредельными территориями, которые с 1991г регулярно составляются в ЦАО Росгидромета.

        Отчетливо видно, что центры озоновых аномалий образуют пять обособленных групп, четыре из которых имеют явно выраженную меридиональную ориентировку: Урало - Каспийская, Западно-Сибирско - Памирская, Восточно-Сибирская, Сахалино - Индигирская. Пятая группа центров Беломоро - Балтийская или Скандинавская. Основная часть центров аномалий ОСО расположена здесь над Белым морем и Кольским полуостровом.

        Анализ данной карты позволяет сделать вывод о тектоническом контроле положения центров отрицательных аномалий поля ОСО. Контролирующие структуры - дегазирующие зоны субмеридиональных разломов. В их пределах разными авторами, в разное время и разными методами были зафиксированы повышенные потоки глубинных газов: водорода, метана, гелия, радона и др. Водородно-метановые источники обнаружены на Кольском полуострове вокруг оз.Байкал, в кимберлитовых трубках Якутии, на Урале, в Прикаспии, на плато Устюрт и в других местах. В Восточной Сибири большие концентрации водорода обнаружены в кимберлитовых трубках Юбилейной, Айхал, Мир. В трубке Удачная его дебит достигал 10⁵м³/сут, причем в составе струи на долю водорода приходилось до 56%, а остальное на метан, так что совокупный дебит озоноразрушающих газов был еще более велик.

        Для большинства районов, над которыми появляются озоновые аномалии, характерна повышенная сейсмическая активность.

рис.4

        Более ранний вариант карты центров озоновых аномалий был составлен нами в начале 1996 г. При ее составлении было использовано примерно 40% данных по сравнению с новой картой, изображенной на рис.4. Сравнение обоих вариантов этой карты позволяют сделать очень важный вывод - центры озоновых аномалий, появившихся после составления 1-го варианта, практически совпали с ранее выявленными. Эти совпадения дают основания считать данную карту прогнозной.

        Подведем итог: центры наиболее мощных озоновых аномалий планеты располагаются над центрами водородно-метановой дегазации, которые могут быть представлены центрами современного толеитового или щелочного вулканизма или древнего ультращелочного (кимберлитового) вулканизма, а также разломными зонами или узлами их пересечения.

        Следует обратить внимание на особенность вулканов, порождающих озоновые дыры - лавовые озера. Этот чрезвычайно редкий природный феномен обнаружен на Гавайях (влк.Килауза), в Антарктиде (Эребус), в Восточной Африке (Ньирагонго), возле Красного моря (Эрта-Але). Сам факт существования таких озер, особенно в Антарктиде при очень низких температурах, указывает на интенсивную водородную продувку магматических каналов.

        Потоки глубинных озоноразрушающих газов отличаются чрезвычайно высокими отношениями изотопов гелия ³He/⁴He, что указывает на глубинную природу газовых потоков и (или) молодость дегазирующей системы. В Исландии эта величина составляет 4,23х10^-5; на Гавайях (влк.Килауэа) 2,1х10^-5; 1,34х10^-5 в Красном море; 0,81х10^-5 в Тункинской долине у Байкала (Б.Г.Поляк, И.Н.Толстихин, В.П.Якуцени, 1979). Самые же высокие из известных отношений в земных объектах достигают 10^-4 и обнаружены во включениях в алмазах, что коррелирует с высокими потоками водорода из кимберлитовых трубок.