Доц. д-р инж. Йордан М. Йорданов
РЕЗЮМЕ
Естествен или геоложки, известен още и като „бял“ водород, е природен молекулярен водород (Н2), който при определени условия насища скални резервоари, откъдето може да бъде извлечен. Вниманието към този продукт се изостри след последните открития във Франция (минен басейн Lorraine), Мали (Bourakebougou поле), САЩ (Atlantic Coastal Plain), Los Fuegos Eternos във Филипините, Австралия (Kangaroo Island ), Испания (провинция Арагон) и особено газовия приток от мина Булкиза в Албания. Цел на настоящата работа е разработването на концептуален методичен подход за търсене и проучване на находища на геоложки водород.
В природата Н2 присъства основно под форма на: свободен газ; адсорбиран в минералната матрица; разтворен в пластова вода и под форма на флуидни включения в минерали. Прието е генерираният водород да бъде продукт от две генетични линии: абиогенна и биогенна. Според тези хипотези основните генерационни модели са: дегазационни процеси на дълбоко залягащи водородоносни скални слоеве от корово-мантийната обвивка; серпентинизация на ултрабазични скални комплекси при контакт в пластова или порова вода; радиоактивен разпад на U,Th, K и природен радиолизен механизъм с участието на пластова вода; геотрибологичен ефект (физикохимични процеси и явления, настъпващи при мащабна компресия и дислокация на скални маси, при които се генерира Н2); деструкция на хидроксилни групи в кристалната решетка на редица минерали; термична или биологична деструкция на органика в скалите; биологична активност; антропогенна активност. Посочените по-горе модели дават приоритет на процеси, свързани с корово-мантийна среда и по тази логика насочват стратегията за търсене към структури, привързани към серпентинизирани офиолитни серии, океански спредингови центрове, трансформни разломи, пасивни и конвергентни окрайнини, вътрешноконтинентални рифтови и разломни зони. Акумулираните и анализирани теренни данни за геоложки водород позволяват да се формулират следните изводи:
– водородопроявленията имат глобален характер, както по географски признак, така и по отношение на литосферата;
– от предложените повече от 32 генерационни модела, основен принос в генезиса на геоложки водород имат: дегазационни процеси на дълбоко залягащи слоеве от корово-мантийната обвивка; серпентинизация на ултрабазични скални комплекси; радиоактивен разпад на U,Th, K и природен радиолизен механизъм; термична или биологична деструкция на органика в скалите; биологична активност;
– макар и недостатъчни, наличните сведения позволяват да се постави рамката на обобщен генерационен модел за Н2, базиран на абиогенната генетична линия и върху тази хипотеза да се изгради адекватна стратегия за неговото търсене и усвояване.
КЛЮЧОВИ ДУМИ
водородопроявления, серпентинизация, природен радиолизен механизъм, ултрабазити, офиолити, корово-мантийна дегазация
ЦЯЛАТА СТАТИЯ В PDF ФОРМАТ
РЕФЕРЕНЦИИ
1. Велев, В. 2024. През следващите години по света ще има повече работа за геолози. Сп. Геология и минерални ресурси, 1,3-4.
2. Вовк, И. Ф.1 979. Радиолиз подземных вод и его геохимическая роль. Недра, Москва, 1979 г., 231 стр.
3. Войтов, Г. И., И. Николаев, Ю. А. Уточкин, В. П. Рудаков, Д. И. Ишанкулиев.1995. О потоке водорода в приземную тропосферу в геодинамически различных геоструктурных зонах земли. Доклады Акад. наук, том 344, № 1, с. 110–114, Геофизика.
4. Ларин, В. Н. 2005. Наша Земля (происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли). Москва „Агар“ 2005, 242 стр.
5. Кожухарова, Ев. 2016. Геотрибологията – един нов поглед към тектонометаморфизма. Сп. БГД, год. 77, кн. 2–3, 2016, с. 49–58.
6. Молчановв, В. И. 1981.Генерация водорода в литогенезе. Новосибирск, Наука, 1981. 142 стр.
7. Шакиров, Р., Н. С. Сырбу, А. И. Обжиров. 2016. Разпределение гелия и водорода в отложениях и воде на склоне о. Сахалина. Литология и полезные ископаемые, № 1, с. 1–14.
8. Шестопалов, В. М. 2020. О геологическом водороде. Геофизический журнал № 6, Т. 42, 2020. 3-35.
9. Abriano, A., N. C. Sturchio, J. K. Bonkle, G. L. Lyon, R.J.Poreda, C. M. Stevens. 1988. Chemical Geology, 71 (1988). Methan-hydrogen gas seeps, Zambales Ophiolite, Philipines: Deep or shalow origin? Elsevier Science Publishers B. V., Amsterdam. Scripps Institution of Oceanography, University of California at San Diego, La Jolla, CA 92093 (U.S.A.) (Revised and accepted July 7, 1988), 2011-222.
10. Aimikhe, V. J. & E. E. Oghenegare. 2023. Recent Advances in White Hydrogen Exploration and Production: A Mini Review. Journal of Energy Research and Reviews Volume 13, Issue 4, Page 64-79, 2023; Article no.JENRR.99222 ISSN: 2581-8368.
11. Blay-Roger, R., W.Bach, L. F. Bobadilla , T. R. Reina , Jos´e A. Odriozola, R. A. V. Blay.2024. Natural hydrogen in the energy transition: Fundamentals, promise, and enigmas. Renewable and Sustainable Energy Reviews 189 (2024), 2-9.
12. Boreham, Ch., A,C, Dianne, S. Edwards, A. Kr. Czadob, N. Rollet et al. 2021. Australian natural gas: occurrences, sources and resources. The APPEA Journal 2021, 61, 163–191 https://doi.org/10.1071/AJ20044.
13. Ehhalt, D. H. & F. Rohrer. 2009. The tropospheric cycle of H2: a critical review. Tellus (2009), 61B, 500–535.
14. Ershov, B. 2022. Natural Radioactivity and Chemical Evolution on the Early Earth: Prebiotic Chemistry and Oxygenation. Molecules, 27, 8584. ttps://doi.org/10.3390/mol. 2-26.
15. Gilat, A. & A. Vol. 2005. Primordial hydrogen-helium degassing, an overlooked major energy source for internal terrestrial processes. 2005. HAIT Journal of Science and Engineering B, Volume 2, Issues 1-2, pp. 125-167.
16. Gregory, S. P., M. J. Barnett, L. P. Field, A. E. Milodowski. 2019.Subsurface Microbial Hydrogen Cycling: Natural Occurrence and Implications for Industry. Microorganisms 2019, 7, 53;1-27.
17. Guelard, J., V. Beaumont, V. Rouchon, F. Guyot, D. Pillot, D. Jezequel, M. Ader, K. D. Newell, E. Deville. 2017. Natural H2 in Kansas: Deep or shallow origin? Geochem. Geophys. Geosyst., 18, 1841–1865, doi:10.1002/ 2016GC006544.
18. Hallis, L.,G.R.Huss, K.Nagashima, G. J.Taylor, S.A.Halldórsson, D.R.Hilton, M.J.Mottl, K.J. Meech.2015.Evidence for primordial water in Earth’s deep mantle. Geochemistry Science · November 2015 13,Vol 350 Issue 6262, 795-797.
19. Han, S. -B., C. -H. Xiang, X. Du et al. 2023. Geochemistry and origins of hydrogen-containing natural gases in deep Songliao Basin, China: Insights from continental scientific drilling, Petroleum Science, https://doi.org/10.1016/j.petsci.2023.10.031.
20. Hosgormez, H., G. Etiope, M. N. Yalcin. 2008. New evidence for a mixed inorganic and organic origin of the Olympic Chimaera fire (Turkey): a large onshore seepage of abiogenic gas. Geofluids, Volume 8, Issue4 Special Issue: Special Thematic Edition on Gas Geochemistry.
21. Keir, R. S. 2010. A note on the fluxes of abiogenic methane and hydrogen from mid‐ocean ridges. Geophysical research letters, vol. 37, L24609, doi:10.1029/2010GL045362, 1-5.
22. Larin, N., V. Zgonnik, S. Rodina, E. Deville, A. Prinzhofer, V. N. Larin. 2014. Natural Molecular Hydrogen Seepage Associated with Surficial, Rounded Depressions on the European Craton in Russia. Natural Resources Research ( 2014) DOI: 10.1007/s11053-014-9257-5.
23. Lefeuvre, N., E. Thomas, L. Truche et al., 2024. Characterizing Natural Hydrogen Occurrences in the Paris Basin From Historical Drilling Records. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 25, e2024GC011501. https://doi.org/10.1029/ 2024GC011501.
24. Lollar, B. Sh., T. C. Onstott, G. L.-Couloume & C.J. Ballentine. 2014. The contribution of the Precambrian continental lithosphere to global Н2 producrion. Nature, vol. 516, 379-382.
25. Lin, Li and J. Hall. 2005. Radiolytic H2 in continental crust: Nuclear power for deep subsurface microbial communities. Geochem. Geophys. Geosyst., 6, Q07003, doi:10.1029/2004GC000907.
26. Maiga, О., E. Deville, J. Laval, A. Prinzhofer, A. B. Diallo. 2023.Characterization of the spontaneously recharging natural hydrogen reservoirs of Bourakebougou in Mali. Scientific Reports 13:11876 | https | https://doi.org/10.1038/s41598-023-38977-y.
27. Merdith, A.S., P. García del Real, I. Daniel, M. Andreani, N. M. Wright & N. Coltice. 2020. Pulsated Global Hydrogen and Methane Flux at Mid‐Ocean Ridges Driven by Pangea Breakup. Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2020, 1-20.
28. Milkov, A. 2022. Molecular hydrogen in surface and subsurface natural gases: Abundance, origins and ideas for deliberate exploration. Earth-Science Reviews Vol. 230, July 2022.
29. Parnell, J., N. Blamey. 2017. Global hydrogen reservoirs in basement and basins. Blamey. Parnell and Blamey Geochem Trans (2017).1-8.
30. Prinzhofer, A. I. Moretti, J. Francolin, C. Pacheco, A. D‘Agostinoe, J. Werly, F. Rupin. 2019. Natural hydrogen continuous emission from sedimentary basins: The example of a Brazilian H2-emitting structure. International Journal of Hydrogen Energy, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.119.
31. Sakamoto, M., Y. Sano, H. Wakita. 1992. 3He/4He ratio distribution in and around the Hakone volcano. Geochemical Journal, Vol. 26, pp. 189-195,
32. Tian,Q-n., Shu-qing Yao, M. Shao, W. Zhang, H.Wang. 2022. Origin discovery exploration and development status and prospect of global natural hydrogen under the background of „carbon” neutrality”. China geology 5 (2022), 722-733.
33. Truche, L., F.-V. Donzé, E. Goskolli, B. Muceku, C. Loisy, Ch. Monnin, H. Dutoit, A. Cerepi.2024. A deep reservoir for hydrogen drives intense degassing in the Bulqizë ophiolite. Science 383, 618–621 (2024).
34. Zhang, L., L. Zhang, M. Tang, X. Wang, R. Tao, Ch. Xu, Th. Bader. 2023. Massive abiotic methane production in eclogite during cold subduction. 2023. National Science Review 10: nwac207, 2023,1-11.
35. Zgonnik, V., V. Beaumont, N. Larin, D. Pillot, E. Devill. 2019.Diffused flow of molecular hydrogen through the Western Hajar mountains, Northern Oman.2019, Arabian Journal of Geosciences, (2019) 12:71,70-80.
36. Zgonnik, V. 2020. The occurrence and geoscience of natural hydrogen: A comprehensive review. Earth-Science Reviews 203 (2020) 103140, 1-51.
37. Walter, S., A. Kock, T. Steinho, B. Fiedler et al. 2015. Isotopic evidence for biogenic molecular hydrogen production in the Atlantic Ocean. Biogeosciences Discuss., 12, 1–47.
38. Wang, Lu., Zh. Jin, X. Chen, Y. Su, X. Huang. 2023. The Origin and Occurrence of Natural Hydrogen. Energies 2023, 16, 2400. https://doi.org/10.3390/en16052400.
39. Warr, Ол., Th. Giunta, Ch.J. Ballentine, B. Sh. Lollar. 2019. Mechanisms and rates of 4He, 40Ar, and H2 production and accumulation in fracture fluids in Precambrian Shield environments. Chemical Geology 530 (2019) 119322, 1-13
