Грязный лёд

«Новое месторождение газовых гидратов обнаружили «Миры» в районе мыса Горевой утёс южнее Баргузинского залива Байкала», – сообщил на этой неделе Фонд содействия сохранению озера Байкал. Слово «обнаружили» не совсем верное. Выходы нефти и газа на том же Горевом были зафиксированы иркутскими лимнологами ещё четыре года назад.

Впервые о том, что в Байкале могут быть газовые гидраты, учёные ВНИИ ядерной геофизики и геохимии заявили ещё около 30 лет назад. А в 1989–1992 годах российские и американские учёные, работавшие на Байкале, подтвердили, что в озере могут быть залежи газовых гидратов. С помощью сейсмофизических методов было предсказано, что такие соединения должны быть в озере. Пять лет спустя сотрудники ЛИН СО РАН сделали карту районов распределения газогидратного слоя в осадках Байкала. Ещё через год во время знаменитого проекта «Байкал-бурение» академик Михаил Кузьмин с коллегами обнаружил присутствие газовых гидратов в поднятом керне. А в 1998–2004 годах на Байкале работала российско-бельгийская экспедиция при поддержке INTAS, СО РАН и РФФИ. Она сумела добыть газовые гидраты из первых метров осадков. Потом работы развернулись. Исследователи брали пробы как со льда зимой, так и с кораблей. Газовые гидраты тесно связаны с так называемыми грязевыми вулканами. Один из них – Санкт-Петербург в Южной котловине Байкала. Его в июне этого года исследовали «Миры».    

Что такое газовый гидрат? Если взять его на ладонь, это быстро тающий «сахаристый» комочек полульда-полуснега. Собственно, это твёрдая субстанция, состоящая из молекул воды и углеводородных газов (обычно 99% метана), «спаянных» между собой низкой температурой (минус 4–6 градусов) и высоким давлением (несколько десятков атмосфер). Понятно, что такие естественные условия возможны только на дне морей и океанов. Цифра глубин – около 500–800 м. Байкал – единственный пресноводный водоём, где были обнаружены газовые гидраты. В глубоководных донных осадках морей и океанов запасы углеводородных газов (в основном метана) в виде газовых гидратов огромны. Их находят в Охотском море, на Балтике, в Мексиканском заливе, Индийском океане.

Газовые гидраты уже окрестили «топливом со дна океана». В единице объёма гидрата содержание газа может достигать 150–180 единиц. Однако пока из гидратов никто не научился извлекать газ. Хотя попытки отработать технологию уже есть. Исследования ведутся в Канаде, США, Японии, Индии. А Байкал – естественная лаборатория, где можно как изучать гидраты, так и «обкатывать» технологии, считает учёный секретарь Лимнологического института СО РАН Тамара Земская. По проблеме изучения газовых гидратов иркутские учёные работают вместе с ВНИИ «Океангеология» (Санкт-Петербург), ВНИИГАЗ (Москва). Пока энергетики и учёные бьются над «топливом вечной мерзлоты», футурологи уже изобрели термин «метангидратное ружьё». Это серия гипотез о том, что общее потепление океанов Земли может вызвать высвобождение метана из газовых гидратов под морским дном. Газовые гидраты малоусточивы – уже на глубине около 360 метров газ начинает высвобождаться из «решётки» молекул воды. «Если сейчас на этот стол положить гидрат, то метан очень быстро выйдет, а на столе останется только лужица воды, – рассказывает Тамара Земская. – Когда мы достаём гидраты на поверхность Байкала, вода бурлит вокруг пробоотборника, комочки гидрата откалываются и начинают прыгать по поверхности. Он крайне быстро разрушается». А поскольку метан является активным парниковым газом (его активность превышает углекислый газ в 21 раз), то особо впечатлительные представители мировой науки не исключают глобальную катастрофу, которая превзойдёт все кошмарные сны Альберта Гора с его глобальным потеплением.

Гидрат в иллюминаторе

Как добывали гидраты раньше? Со льда или с борта судна учёные опускали пробоотборники – металлические трубы длиной от трёх до пяти метров. Брали донный осадок и быстро поднимали наверх. Гидрат сохраняли в трубке и с помощью мини-лаборатории делали замеры. Иногда кусочки удавалось сохранить в жидком азоте или специальных ёмкостях под давлением. И только «Миры» дали шанс увидеть газовые гидраты в их естественной среде – на самой границе донных осадков и воды. «Когда ты видишь картину сам, то начинаешь переосмысливать вещи, которые теоретически знал, – говорит Тамара Земская. – Оказывается, гидраты – это не отдельные кусочки, как ты представлял раньше. Под водной толщей находятся большие площади, сплошь покрытые газовыми гидратами. Да посмотрите сами».

Она включает видео. На экране – белесоватое дно и манипуляторы «Мира». «Конечно, сейчас очень много подводных роботов, – комментирует Тамара Земская. – Но совсем другие ощущения, когда ты рядом, сквозь иллюминатор, видишь весь этот мир. Смотрите, вот это газовые гидраты! Видите манипулятор? Сейчас он отломит кусок гидрата с донного поля». На экране – две «руки» глубоководного аппарата. В одной – пробоотборник, в другой – кусок гидрата. Задача с виду простая – поместить этими «руками» гидрат в пробоотборник. «Сидели они тогда часа три, – говорит Тамара Земская. – Пытались сохранить этот гидрат в пробоотборнике. Но на глубине 360 метров он всё-таки растаял». Мимо проплывают амфиподы.   

«Здесь глубина более километра, – комментирует Тамара Земская. – Зона, где выходит, скорее всего, сероводород. Смотрите, высачивается газ, видите, какие вороночки? Там на самом деле очень много червей разнообразных, планарии, есть и рыбки. Смотрите, какие они белые – сюда не проникает свет, окраска ни к чему. Жизнь тут кипит, как нигде в другом месте. Просто потому, что есть что покушать. Сама жизнь тут основана на метане».

«Байкальские курильщики»

Ни одно живое существо питаться метаном не может. Но только не бактерии. На морском и океанском дне и в Байкале некоторые из них живут только за счёт метана. Там, где выходят капельки нефти, сочится газ, лежат гидраты, жизнь рождает даже ядовитый сероводород. Все знают «райские сады» знаменитых «чёрных курильщиков» в рифтовых зонах океанов. На Байкале есть не менее удивительные места.  

Когда в 70-х годах начались исследования рифтовых зон океанов с помощью «Пайсисов» и «Миров» (в нескольких экспедициях участвовал, кстати, иркутский академик Михаил Кузьмин), то обнаружилось, что в глубинах бьют подводные термальные фонтаны. Температура воды в таких фонтанах достигала 300–400 градусов, а сами струи напоминали клубы чёрного дыма – вода была перенасыщена сульфидами металлов и сероводородом. Эти конусы из солей металлов, изрыгающие клубы «дыма», и назвали «чёрными курильщиками». Но самое удивительное – в этом ядовитом бульоне сероводорода развивались живые существа. Подножья «курильщиков» были усеяны вертикальным трубками толщиной 5–6 см и длиной до двух метров, из которых торчали кроваво-красные щупальца. Этих животных назвали вестиментиферы, они родственники знаменитых погонофор («бородоносцев») – червячков, прячущихся в тонких волосовидных трубочках. Погонофоры живут практически по всему миру. Главная загадка, которая долго мучила учёных, – ни у погонофор, ни у вестиментиферов нет органов пищеварения. Как же и что они едят? Отгадка поражает. В телах вестиментифер учёные обнаружили бактерии-симбиоты, способные окислять сероводород, который выделяется в районах «чёрных курильщиков». За счёт окисления сероводорода бактерии получают энергию для фиксации углекислоты и синтеза органических веществ, а кислород вестиментиферы потребляют из воды. По сути, это удивительнейший способ жизни – без «обязательного» фотосинтеза, без атмосферного кислорода, в ядовитом растворе. А вот у погонофор были обнаружены такие же бактерии,  но окисляющие не сероводород, а метан. Существует гипотеза, что жизнь на Земле зародилась именно в таких подводных «оазисах».

Подобные миры есть и на Байкале, говорят учёные. Оказалось, что подводные «райские сады» могут возникать не только у таких горячих источников, как «курильщики», но и у малопрогретых метаново-сульфатных гидротерм морей. И даже, как оказалось, в довольно холодном Байкале. В районе бухты Фролиха на глубине 400 м учёные обнаружили большое поле, покрытое нитчатыми плёнками цианобактерий и нитчатых сульфатредуцирующих (восстанавливающих сульфаты до сероводорода) бактерий.

В районах высачивания газов и нефти очень большие концентрации сульфатионов, следовательно, высокая минерализация. Там живут бесцветные серобактерии. Они тоже могут потреблять сероводород, поступающий с флюидами. Это такая мощная перерабатывающая «фабрика». Для жизнедеятельности этих бактерий нужны нитраты, которые они потребляют в придонной воде, высовывая из  чехольчика, стоящего почти вертикально, «ниточки»-филаменты. Накопив нитраты в вакуолях клеток, бактерии ползут по чехольчику вниз. Там они потребляют сероводород, который поступает со дна, превращая его в элементную серу. Она тоже откладывается в клетках. Используя кислород нитрата и сероводород, бактерии живут и активно развиваются. А следом сера опять окисляется до сульфата, и продукты их жизнедеятельности выбрасываются в окружающую среду. Это такие «работяги», которые являются фильтром и не позволяют сероводороду поступать в водную толщу из донных осадков. Точно так же бактерии, потребляющие метан, охраняют воду Байкала от поступления больших концентраций метана с донных осадков. Там, где учёные обнаружили газовые гидраты, численность метанотрофных бактерий на два порядка выше, чем в других районах озера.

Экспедиция иркутских лимнологов должна вернуться в Иркутск на следующей неделе. Пока же параллельно с «Мирами» в районе Баргузинского залива работают корабли флота ЛИН СО РАН. «Миры» покинут Байкал   15 сентября.