Источники, 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

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 проекта 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

Руководитель Михайлова 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

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 слова водород, 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

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.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Михайлова Ю.А., Пахомовский Я.А., Гойчук О.Ф., Калашников А.О., Базай А.В., Яковенчук В.Н. Pre-Pegmatite Stage in Peralkaline Magmatic Process: Insights from Poikilitic Syenites from the Lovozero Massif, Kola Peninsula, Russia Minerals, Vol. 11, Issue 9, p. 974 (год публикации - 2021)
10.3390/min11090974

2. Михайлова Ю.А., Аксенов С.М., Пахомовский Я.А., Муан Б.Н., Дюссо К., Вайтиева Ю.А., Воронин М. Iron in Nepheline: Crystal Chemical Features and Petrological Applications Minerals, 12(10), 1257 (год публикации - 2022)
10.3390/min12101257

3. Михайлова Ю.А., Пахомовский Я.А., Калашникова Г.О., Аксенов С.М. Dissolution of the Eudialyte-Group Minerals: Experimental Modeling of Natural Processes Minerals, Minerals 2022, 12, 1460 (год публикации - 2022)
10.3390/min12111460

4. Михайлова Ю.А., Пахомовский Я.А., Коноплева Н.Г., Калашников А.О., Яковенчук В.Н. Fluorine controls mineral assemblages of alkaline metasomatites Minerals, Minerals 2022, 12, 1076 (год публикации - 2022)
10.3390/min12091076

5. Калашников А.О., Серов П.А., Михайлова Ю.А., Яковенчук В.Н. Вариации изотопного состава неодима вблизи магматических контактов Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, Т. 19, с. 133-136 (год публикации - 2022)
10.31241/FNS.2022.19.025

6. Михайлова Ю.А., Пахомовский Я.А., Калашников А.О., Яковенчук В.Н. Формирование расслоенности Ловозерского щелочного массива (Кольский полуостров, Россия): новые данные Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, № 19. С. 222–226 (год публикации - 2022)
10.31241/FNS.2022.19.041

7. Мокрушина О.Д. Флюидные включения в минералах экзо- и эндоконтактовой зоны Ловозерского щелочного массива Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, № 19, С. 238–243 (год публикации - 2022)
10.31241/FNS.2022.19.043

8. Пуха В.В., Нивин В.А., Мокрушина О.Д. Вариации концентраций молекулярного водорода в рыхлых отложениях Хибинского и Ловозерского массивов и их экзоконтактовых зон Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, № 19, С. 312–317 (год публикации - 2022)
10.31241/FNS.2022.19.057

9. Михайлова Ю.А., Пахомовский Я.А., Мокрушина О.Д. Возможный механизм образования газовых включений в нефелине из Хибинского и Ловозерского щелочных массивов (Кольский полуостров, Россия) XIX Всероссийская конференция по термобарогеохимии, посвященная памяти И. Т. Бакуменко: тезисы докладов, С. 61-62 (год публикации - 2022)
10.25205/978-5-4437-1359-5

10. Забавчик Н.И. Геологическая характеристика Контозерского вулканогенно-осадочного комплекса (Мурманская область) Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии: материалы XXXIII молодежной научной школы-конференции, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца и академика РАН Ф.П. Митрофанова, С. 63-66 (год публикации - 2022)
10.37614/978.5.91137.474.7

11. Вайтиева Ю.А., Аксёнов С.М., Михайлова Ю.А., Пахомовский Я.А., Воронин М.В. Роль железа в структуре нефелина из Ловозерского щелочного массива по данным рентгеноструктурного анализа XIII Всероссийская школа молодых ученых «Экспериментальная минералогия, петрология и геохимия»: Сборник материалов, С. 14-16 (год публикации - 2022)

12. Мокрушина О.Д. Определение параметров минералообразования по данным изучения расплавных и флюидных включений в нефелине пород дифференцированного комплекса Ловозерского щелочного массива XIX Всероссийская конференция по термобарогеохимии, посвященная памяти И. Т. Бакуменко: тезисы докладов, С. 113-114 (год публикации - 2022)
10.25205/978-5-4437-1359-5

13. Мокрушина О.Д., Михайлова Ю.А., Пахомовский Я.А. Fenitization at the Lovozero Alkaline Massif, NW Russia: Composition and Evolution of Fluids Geosciences, 13(10), 305 (год публикации - 2023)
10.3390/geosciences13100305

14. Михайлова Ю.А., Калашникова Г.О., Пахомовский Я.А., Селиванова Е.А., Компанченко А.А. Experimental Modeling of Natural Processes of Nepheline Alteration Minerals, Minerals 2023, 13(9), 1138 (год публикации - 2023)
10.3390/min13091138

15. Михайлова Ю.А., Пахомовский Я.А. Селиванова Е.А., Компанченко А.А. Polymineralic Inclusions in Loparite-(Ce) from the Lovozero Alkaline Massif (Kola Peninsula, Russia): Hydrothermal Association in Miniature Minerals, Minerals 2023, 13(6), 715 (год публикации - 2023)
10.3390/min13060715

16. Михайлова Ю.А., Пахомовский Я.А., Лялина Л.М., Селиванова Е.А. Alteration of Feldspathoids Changes pH of Late-Magmatic Fluids: A Case Study from the Lovozero Peralkaline Massif, Russia Minerals, Minerals 2023, 13(1), 39 (год публикации - 2023)
10.3390/min13010039

17. Забавчик Н.И., Пахомовский Я.А., Михайлова Ю.А Петрохимическая характеристика пород Контозерского вулканогенно-осадочного комплекса Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2023. 20. С. 96–102 (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.010

18. Михайлова Ю.А., Пахомовский Я.А., Коноплева Н.Г., Мокрушина О.Д. Распределение газовых включений в полевых шпатах из пород Ловозерского и Хибинского щелочных массивов Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2023. 20. С. 391–400 (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.050

19. Михайлова Ю.А., Калашникова Г.О., Пахомовский Я.А., Селиванова Е.А., Компанченко А.А. Экспериментальное моделирование природных процессов изменения нефелина Материалы конференции "Щелочной и кимберлитовый магматизм Земли и связанные с ним месторождения стратегических металлов и алмазов" (Апатиты), С. 265-269 (год публикации - 2023)
10.37614/978-5-91137-500-3.053

20. Забавчик Н.И., Пахомовский Я.А., Михайлова Ю.А. Минералогия фонолитов Контозерского палеовулканического комплекса (Кольский полуостров, Россия) Материалы конференции " Щелочной и кимберлитовый магматизм Земли и связанные с ним месторождения стратегических металлов и алмазов" (Апатиты), С. 124-128 (год публикации - 2023)
10.37614/978-5-91137-500-3.024

21. Забавчик Н.И., Пахомовский Я.А., Михайлова Ю.А. Петрохимическая характеристика фонолитов Контозерского комплекса и их сравнение с нефелиновыми сиенитами Кольской щелочной провинции Материалы XXXIV Молодежной научной школы-конференции, посвященной памяти член-корреспондента АН СССР К.О. Кратца и академика РАН Ф.П. Митрофанова (Санкт-Петербург, 2–6 октября 2023 г.), С. 84-88 (год публикации - 2023)

22. Лялина Л.М., Пахомовский Я.А., Михайлова Ю.А., Селиванова Е.А. Амфиболы Ловозерского щелочного массива (Кольский полуостров) Записки Российского минералогического общества, Ч. CLII, № 6, C. 1–44 (год публикации - 2023)
10.31857/S0869605523060023

23. Нивин В.А., Пуха В.В., Мокрушина О.Д., Михайлова Ю.А. The molecular weight distribution of occluded hydrocarbon gases in the Khibiny nepheline–syenite massif (Kola Peninsula, NW Russia) in relation to the problem of their origin Geosciences, Geosciences 2022, 12, 416 (год публикации - 2022)
10.3390/geosciences12110416

Публикации