КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 21-47-09010

НазваниеИсточники, распределение и эмиссия водорода (H2) и сопутствующих газов в агпаитовых магматических комплексах (на примере Хибинского и Ловозерского нефелин-сиенитовых массивов, Кольский полуостров, Россия): металлогенические и экологические следствия

РуководительМихайлова Юлия Александровна, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Кольский научный центр Российской академии наук», Мурманская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

2021 г. - 2023 г.

Конкурс№44 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (ANR).

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-201 - Геохимия магматических процессов

Ключевые словаводород, метан, газовые эманации, флюидные включения, агпаитовые магматические комплексы, нефелиновые сиениты, рудные месторождения, Хибинский и Ловозерский массивы, изотопы благородных газов, радон, сейсмичность, мониторинг газовыделения, генерация водорода и абиогенных углеводородов

Код ГРНТИ38.33.17

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Поведение водорода (H2) в земной коре, начиная с его генерации и до стока в океан или атмосферу, лежит в основе ряда важнейших современных научных и практических проблем. Это, в частности: а) исследования источников и механизмов формирования Н2; б) абиогенный синтез органических молекул, развитие глубинной биосферы и происхождение жизни на Земле; в) флюидный режим формирования месторождений минерального сырья; г) необходимость постепенного перехода человечества к низкоуглеродной энергетике и, как следствие, разработки стратегии и методики поисков и количественной оценки ресурсов природного водорода, как перспективного энергетического ресурса будущего; д) безопасность подземных хранилищ водорода и отработки рудных месторождений с выделениями природных горючих газов; е) оценка масштабов стока в атмосферу литосферных парниковых и озоноразрушающих газов. Почти все значимые проявления природного Н2 (обычно в ассоциации с СН4 и N2), обнаруженные за последние тридцать лет как на континентах, так и на морском дне, связаны с ультраосновными породами, где общепризнанным источником водорода является хорошо изученный, в том числе экспериментально, процесс серпентинизации оливина и пироксена. Необычно высокой для магматических комплексов насыщенностью водородно-углеводородными газами отличаются также некоторые агпаитовые массивы. Это нефелин-сиенитовые и фоидолитовые Хибинский и Ловозерский на Кольском полуострове, Илимауссак в Гренландии, Кия-Шалтырский, Кокшаровский, Заангарский и Коргередабинский в Сибири и прилегающих регионах, щелочно-гранитный Стрэйнж-Лэйк в Канаде. В перечисленных массивах водород и углеводородные газы, в составе которых преобладает метан, окклюдированы во флюидных включениях в минералах. И только в породах Хибинского и Ловозерского плутонов, наряду с окклюдированными присутствуют и другие формы нахождения газов – диффузно-рассеянные и свободные. Последние, будучи горючими и взрывчатыми, представляют серьезную опасность при отработке связанных с этими массивами гигантских месторождений стратегических металлов и фосфора. Не смотря на длительную историю исследований, вопросы происхождения, эволюции, миграции, аккумуляции, оценки ресурсов и интенсивности эмиссии этих газов, особенно Н2, их роль в процессах породо- и рудообразования остаются недостаточно или вовсе не изученными. Основная цель предлагаемого проекта – выявление важнейших факторов (от физико-химических условий минералогенеза до тектонических, геофизических и метеорологических), контролирующих генерацию, эволюцию, распределение и миграцию водорода и углеводородных газов в щелочных магматических системах. Другой целью является оценка потенциала использования полученных данных об источниках, локализации и эмиссии газов при решении различных проблем и вопросов металлогении, горного дела, экологии и энергетических ресурсов. Крупнейшие в мире Хибинский и Ловозерский нефелин-сиенитовые массивы с уникальными по запасам апатито-нефелиновыми и редкометальными месторождениями являются идеальными объектами для такого всестороннего, объединяющего геохимические, геофизические, минералогические и экологические подходы изучения поведения Н2 и сопутствующих газов (начиная с их источников и вплоть до стока в атмосферу). Для достижения поставленных целей планируются исследования, условно разделенные на три блока: 1. Разработка новых подходов, методов и аппаратуры для обнаружения и анализа в полевых условиях проявлений водорода и сопутствующих газов, в том числе датчика Н2, работающего на принципе физической сорбции газа, метанового резонаторного кольцевого спектрометра, устанавливаемого на малогабаритных беспилотных летательных аппаратах (дронах) и портативного масс-спектрометра. 2. Полевые исследования, включающие измерение концентраций H2, СН4, СО2, N2, Не и Rn в подпочвенном и приземном воздухе, количественное определение плотности эмиссии газов в атмосферу, выявление разных порядков величины пространственных и временных вариаций состава, концентрации и интенсивности выделения газов, отбор образцов газов, горных пород, почвы и воды для изучения в лабораторных условиях. 3. Сопоставление результатов полевых и лабораторных газометрических наблюдений и экспериментов с геологическими, геофизическими, петрографическими, минералогическими и микробиологическими данными, результатами метеонаблюдений и измерений общего содержания стратосферного озона над территорией Кольского полуострова, оценка роли восстановленных газовых компонентов в процессах рудогенеза и влияния их на окружающую среду, прогноз запасов Н2 в щелочных комплексах и разработка общих рекомендаций по поискам и оценке природного водорода как энергоресурса в различных геологических обстановках. Новизна предлагаемого проекта состоит в том, что впервые для известных в мире значительных проявлений природного молекулярного водорода, в щелочных массивах будет предпринято столь разностороннее комплексное, с использованием современных, включая оригинальные разработки, подходов, методов и аппаратуры, изучение Н2 и сопутствующих газов с выявлением потенциала использования полученных результатов для решения широкого круга смежных научных и практических, от локальных до глобальных вопросов и проблем.

Ожидаемые результаты
Комплексностью и многоаспектностью планируемых исследований с использованием оригинальных методических и аппаратурных разработок определяется и широкий спектр ожидаемых результатов. Так предполагается, что будут получены ответы на многие вопросы, поднятые в ходе предшествующих исследований природных водородных систем и многокомпонентной газовой фазы щелочных комплексов. Это вопросы А) несомненно фундаментальные, касающиеся (1) источников и механизмов формирования), (2) особенностей и закономерностей распределения и (3) возможности современной естественной генерации Н2 и сопутствующих газов; Б) имеющие и научную, и практическую значимость, такие как, (4) основные (геологические, геофизические и метеорологические) факторы миграции и локализации газов в породном массиве и стока их в атмосферу, (5) интенсивность и временные вариации газовыделения, (6) роль восстановленных газовых компонентов как потенциальных агентов и индикаторов условий породо- и рудообразования; В) преимущественно прикладного и экологического характера, в частности, (7) потенциал природного водорода в щелочных комплексах как энергоресурса, (8) подходы и методы выявления новых источников водорода и оценки их ресурсов, (9) возможность прогнозирования выделения опасных природных горючих и взрывчатых газов в рудничные горные выработки и (10) влияние эмиссии Н2 и СН4 с поверхности Хибинского и Ловозерского массивов на формирование отрицательных аномалий общего содержания стратосферного озона над территорией Кольского полуострова, (11) перспективы разработки газометрических предвестников таких опасных геодинамических явлений, как горные и горнотектонические удары, (12) выделение Н2 и СН4 как возможная причина случающейся эпизодической гибели рыбы в местных горных озерах. Представляется, что ожидаемые результаты вполне соответствуют или даже опережают мировой уровень исследований, а их научная значимость и возможные практические следствия и приложения не требуют каких-либо дополнительных пояснений.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---