1. Дегазация Земли как механизм самоорганизации геологических процессов и формирования месторождений полезных ископаемых

1.1. История открытия дегазации Земли

Наиболее важной геологической проблемой, разрешению которой посвящены многочисленные научные исследования в геологических науках, видимо, следует считать проблему первопричины всех геологических явлений и процессов. В предлагаемой работе за основу для разрешения этой первостепенной проблемы геологии принята идея дегазации Земли, выдвинутая впервые В.И. Вернадским. В 1912 году Владимир Иванович Вернадский в своем докладе «Газовое дыхание Земли» впервые обратил внимание ученых на эту проблему. В этом же докладе он предложил финансировать изучение дегазации Земли. Позднее в своих работах академик А.П. Виноградов (1959; 1964) показал ведущую роль процессов дегазации Земли при формировании не только атмосферы и гидросферы, но и геологических объектов, геологических тел внутри планеты Земля. В работе Н.М. Страхова (1960) утверждалось, что вымирание живых организмов и «взрывы жизни» происходят из-за процессов дегазации, в том числе связанных с вулканизмом, ответственных за катастрофы в биосфере. А.Б. Ронов (1949) установил в результате анализа глобального баланса углерода, что жизнь на Земле находится под полным контролем процессов глубинной дегазации; эти процессы определяют не только масштабы, но и саму возможность продолжения жизни на Земле.

Значительный вклад в изучение и понимание процессов дегазации Земли внес П.Н. Кропоткин, открывший «на кончике пера» углеводородную («холодную», амагматическую) вечную дегазацию Земли (1991). Одновременно в работах Д.С. Коржинского была установлена решающая роль восстановительных флюидов водорода, прежде всего, возникновения тех «сквозьмагматических» растворов, которые и определяют характер многих магматических и метаморфических процессов (Д.С. Коржинский -1953;1962). Фактически в работах Д.С. Коржинского была показана четкая взаимосвязь водородной дегазации Земли с образованием магматических и метаморфических пород разного типа. Долгое время считавшиеся альтернативными взгляды сторонников дегазации и магматических процессов оказались не противоречащими, но взаимодополняющими друг друга. Оказалось, что сами процессы возникновения вулканических и магматических пород, возникновения вулканов или «плутонов» - это и есть продукты активной геосолитонной дегазации Земли, в которой имеется высокое содержание энергии и водорода. Благодаря работам Д.С. Коржинского выяснилась гораздо более активная роль различного рода флюидов, газов, жидкостей, растворов, расплавов в процессах дегазации Земли, как в петрологических, так и в тектонических процессах, в образовании как рудных, так и нефтегазовых месторождений. Позднее эту же мысль о единстве механизма образования рудных и нефтегазовых месторождений высказывал и сибирский ученый Г.Л. Поспелов (1967).

Флюидный режим глубинных процессов особенно значительно стал развиваться и приобрел систему в ряде научных направлений: В.А. Жарикова (1987), Ф.А. Летникова (1995;2000;2002), А.А. Маракушева (2002).

Инициатором организации проведения всесоюзных совещаний по проблеме «Дегазация Земли и геотектоника» выступил П.Н. Кропоткин, который в период с 1976 по 1991 год провел огромную организационную работу.

В работе В.Н. Ларина (1980) даны яркие и убедительные аргументы для обоснования водородной дегазации Земли. Во-первых, нельзя не согласиться с В.Н. Лариным, критикующим общепринятое сегодня в традиционной геологии мнение о том, что кислород является одним из наиболее распространенных элементов в составе нашей планеты. В.Н. Ларин считает, что это и есть основная ошибочная догма современной геологии. На чем же основана эта догма? «В качестве формальных доводов в пользу кислородного силикатно-окисного сложения основного объема Земли исследователи обычно приводят данные о силикатно-окисном составе земной коры в глубинных мантийных образованиях, а также метеоритов», - пишет В.Н. Ларин (1980, стр. 4). В действительности диапазон глубин, охватывающих земную кору и даже самую глубокую часть мантии, где формируется кимберлитовая магма, не превышает 2% от радиуса Земли. Но даже и в этой достаточно тонкой геосфере отмечается закономерное падение содержания кислорода от 50-53 % (в гранитоидах и осадочных породах, залегающих в верхней части земной коры) до 35-44% (ультрабазитах и базальтоидах, формирующихся в нижней части земной коры и верхней части мантии).

В работе Ю.А. Кузнецова (1951) исследуется проблема происхождения различных магматических пород, в которой он вступает в острую дискуссию с общепринятой точкой зрения в геологии. Ю.А. Кузнецов, в частности, пишет: «У многих геологов и петрографов «магма» получает даже какое-то мистическое значение, как некоторая таинственная субстанция, изначально существующая, несущая в себе качества, которые от нее требуются геологу для объяснения тех или иных явлений. Особенно ярко это метафизическое представление о магме выступает у швейцарского петрографа П. Ниггли (Р.Niggli -1941), который создал даже особую классификацию магмы, выделив 174 типа ее, причем все эти типы не обладают никакими качествами кроме химического состава». Далее в этой же работе Ю.А. Кузнецов утверждает: порочность представлений о родоначальных «магмах» «заключается в том, что они мыслятся вечными, первозданными, а, следовательно, в этих рассуждениях нет даже постановки вопроса о рождении и происхождении самих магм. Постановка же вопроса о периодическом рождении (появлении) в толще литосферы силикатных расплавов – магм, обнаруживающихся затем при вулканических явлениях и проявляющихся в интрузиях, контактном метаморфизме, а также процессах рудообразования, совершенно неизбежна, если мы будем рассматривать происхождение нашей планеты с позиций материалистической диалектики и с учетом современных данных геофизики и геологии». Фактически этими утверждениями Ю.А. Кузнецов ставит вопрос о происхождении всех типов магм. Ответ на этот вопрос звучит в концепции дегазации Земли. Первым источником, создающим все типы магм, по нашему мнению (Р.М. Бембель, В.М. Мегеря, С.Р. Бембель - 2003), является дегазирующий из ядра нашей планеты водород, который и создает различные по химическому составу вещества на разных уровнях геосфер.

Ф.Ю. Левинсон-Лессинг еще в 1910 году в статье «Об основных проблемах петрогенезиса» писал: «Источником, откуда получаются, начиная с архейской эры, изверженные породы, является твердая земная кора, отдельные участки которой, периодически расплавляясь, дают начало магмам». Если объединить концепцию Вернадского о дегазации Земли с концепцией Левинсона-Лессинга, то и получается вполне очевидная согласованная новая геологическая концепция, суть которой заключается в том, что в результате дегазации Земли и происходит формирование на различных участках расплавленных магм различного типа.

На третьем международном совещании по дегазации Земли (1991 год) П.Н. Кропоткин обозначил три главных направления этой отрасли науки: рудно-петрологическая, нефтегазовая и геофлюидодинамическая. В дальнейшем наметились еще два новых направления. Четвертое связано с современной дегазацией и ее воздействием на процессы в атмосфере, гидросфере и биосфере. Пятое объединило работы, посвященные изучению роли глубинных (прежде всего восстановленных, водородных) флюидов в процессах литогенеза, формирования стратиформных рудных месторождений и месторождений твердых горючих полезных ископаемых. Особое место и, возможно, одну из самых главных ролей в решении проблемы дегазации, играет вопрос о роли дегазации в энергетике тектонических и геологических процессов.

В работах Ф.А. Летникова (2002) и А.А. Маракушева (2002) стержневая роль отводится водороду, причем водороду, поступающему из ядра Земли. По-прежнему в работах большинства геологов восстановленные (водородосодержащие) флюиды не находят места и признания; тем самым определяется один из главных предметов современной дискуссии в геологической науке, который связан с ролью водорода и происхождением водорода в ядре Земли. Следует заметить, что в последней четверти ХХ века новейшие достижения сейсмотомографии, позволившие изучать корни глубинных геодинамических процессов, показали первоистоки дегазационных процессов, выходящих не из верхней мантии, а непосредственно из ядра Земли. Работы эти связаны с так называемой «тектоникой плюмов». Проблема тектоники плюмов достаточно подробно и активно рассмотрена в работах сибирского геолога Н.Л. Добрецова (1980).

И все-таки остается без ответа один из самых главных вопросов современной геологии: откуда возникает энергетика, обеспечивающая дегазацию водорода, образование самого водорода и протекание всех тектонических и геологических процессов? В традиционной геологии этот вопрос если и ставился, то объяснялся процессами и событиями очень глубокого прошлого. Считалось, что запасенная внутренняя энергия Земли, обеспечивающая все тектонические, геологические процессы, в том числе и дегазацию, была задана в момент формирования планеты. А вся дальнейшая геологическая история - постепенное растрачивание накопленной и запасенной энергии.

Здесь нам придется вернуться к известной дискуссии между великими естествоиспытателями: англичанином Исааком Ньютоном и немцем Готфридом Лейбницем. Спор шел о том, что является источником движения, источником энергии. Принципиальное расхождение между Ньютоном и Лейбницем заключались в следующем: Ньютон считал, что любая энергия может возникать только в результате внешнего воздействия, и поэтому тело может двигаться ускоренно, только когда на него действует внешняя сила (в этом заключается один из законов Ньютона). Лейбниц же утверждал, что во Вселенной существуют живые тела, способные порождать энергию внутри себя. В течение последних почти 400 лет господствовала точка зрения Ньютона. Но сегодня мы вновь возвращаемся к идеям Лейбница, опубликованным в 1714 году в работе «Монадология» (Г. Лейбниц - 1982). Спор Г. Лейбница и И. Ньютона и поныне остается принципиальным. Действительно, если Земля, Солнце и другие космические тела способны восстанавливать свои истраченную энергию и вещество, - то это уже совершенно иной сценарий развития и эволюции космических тел, в том числе и геологических процессов на Земле. Если же мы останемся на позиции «мертвых тел» (позиция И. Ньютона), придется искать объяснения парадоксам, на которые до сих пор нет ответа: откуда берется эта огромная энергетика, обеспечивающая вращение Земли, Солнца, геологических процессов на Земле и в Солнечной системе уже многие миллиарды лет?

В конце ХХ века были получены серьезные материалы по проблемам дегазации Земли в результате геохимического мониторинга атмосферы, исследований мирового океана, изучения процессов на дне мирового океана. Эти данные, а также результаты изучения газов из керна льда Гренландии и Антарктиды, выявили не только масштабы, в частности углеводородной ветви дегазации Земли, но и ее участие в воздействии на процессы в приповерхностных оболочках Земли, иногда с катастрофическими последствиями для жизни в придонных обстановках морей и океанов, и климата. Аномальное обогащение осадков органическим веществом в седиментогенезе происходит, оказывается, в основном, за счет усвоения глубинных восстановительных флюидов, в том числе водорода, метана, сероводорода и т.п. Следовательно, поступления метана и водорода в атмосферу и верхние слои земной коры способствуют восстановлению источников углеводородов в районе биосферы Земли, а также фотосинтезу и накоплению органического вещества в осадках. Таким образом, намечается необходимость ревизии или, по крайней мере, существенного изменения акцентов рассмотрения как прошлых, так и современных условий формирования углерода и углеводородов в глубинном, региональном и локальных масштабах.

Заметим, что о пяти направлениях исследований в области дегазации Земли, на которые мы ссылаемся, более подробно рассказано во вступительном докладе академика А.Н. Дмитриевского на открытии научной конференции в 2002 году в Москве (А.Н. Дмитриевский, Б.Н. Валяев - 2002).

В данной работе предлагается авторский вариант концепции дегазации Земли, объединяющий все пять отмеченных направлений в одну целостную систему, построенную на геосолитонной дегазации Земли, и, прежде всего, на геосолитонной дегазации водорода. Геосолитонами будем называть солитоны и солитоноподобные образования геодинамического поля Земли, зарождающиеся в ядре, выходящие из глубинных геосфер планеты, пересекая литосферу, гидросферу и атмосферу, и уходящие в космос. Вспомним энциклопедическое определение солитона: «Солитон – это частицеподобная, структурно-устойчивая волна». Более точное определение было дано в работе А.Т. Филиппова (1990): «Солитон – это не частица и не волна, а некое третье состояние материи, обладающее свойствами частицы и волны, объединяющее в себе корпускулярные свойства массы частицы и волновые свойства импульса энергии». Итак, солитон – это материальная локализованная во времени и пространстве частица – волна. Таким образом, главное отличие геосолитона как геологического определенного типа природного явления заключается в том, что он содержит в себе как энергию физического поля, так и весомую массу вещества, сконцентрированные во времени и пространстве. Следовательно, выход геосолитона из Земли – это сконцентрированный во времени и пространстве энергомассоперенос вещества и энергии

Энергетика, обеспечивающая саму дегазацию, тектонические геологические процессы, в предлагаемой ниже концепции определяется в соответствии с идеей русского ученого Ивана Осиповича Ярковского, изложенной в его книге «Всемирное тяготение как следствие образования весомого вещества внутри небесных тел» (1889). Согласно концепции И.О. Ярковского, в ядрах достаточно крупных космических тел из мирового эфира непрерывно образуется «весомое вещество», наделенное энергией. Идеи Ярковского в ХХ веке были продолжены в работах: О.Х. Хильгенберга (1933), В.Б. Неймана (1962), И.В. Кириллова (1958; 1973), У.С. Кэри (1991), В.Ф. Блинова (2002).

В 70-е годы XX века появилась новая серия работ по концепции растущей Земли, среди которой следует отметить публикации В.И. Гусарова (1972), В.Ю. Гуля (1971), В.Ф. Блинова (1975; 1977), К.Е. Веселова (1976). Первоначально, не только в эпоху Ярковского, но и позже, отношение к идее растущей Земли в научной литературе было отрицательным. Значительно улучшилось положение после перевода на русский язык книги У.С. Кэри (1988; 1991). Заметим, что Кэри объяснял расширение Земли увеличением ее массы, но не стал развивать идею Ярковского о мировом эфире, а предложил свою версию, перекликающуюся с идеей Ф. Хойла, согласно которой вещество образуется из ничего - то есть, из физического вакуума.

Идея растущей Земли существовала не изолировано, совместно с ней развивались различные варианты представлений о расширении земного шара: О.А. Вотах (1985), Н. Гораи (1984), В.В.Ильичев, Ю.В. Шевалдин (1986), Ю.А. Колясников (1988), В.Н. Ларин (1980), Э.Н. Лишневский (1984), И.А. Майданович (1982), Е.Е. Милановский (1984), Н.В. Муратов(1975), Ю.В. Чудинов (1981), J.V. Avias (1977), A.R. Grawford (1963), J. Pfeufer (1980), K. Vogel (1984). Расширение планеты (увеличение ее размеров) может происходить и при разуплотнении вещества (без увеличения общей массы), и при росте массы и размеров земного шара (по концепции Ярковского). Но развитие планеты при росте происходит иначе, чем при разуплотнении. Объяснение роста размеров планеты за счет увеличения массы ее вещества, образующегося из мирового эфира, приобретает черты самостоятельной концепции.

Представление о силе тяжести, как результате воздействия потоков эфира имеет давнюю историю. Само понятие эфира введено Аристотелем для обозначения среды, заполняющей все мировое пространство. Об эфире писали Р. Декарт, Х. Гюйгенс, Г. Лесаж, И.М. Фарадей, Дж. Максвелл и Дж. Томсон, И.О. Ярковский и В.Ф. Миткевич. Многочисленные эксперименты по обнаружению эфира описаны не только в известных опытах А. Майкельсона, но и в менее известных, хотя и более результативных экспериментах Д.К. Миллера (1925). Об эфире писали И. Ньютон, А. Эйнштейн и В.И. Ленин. Эфиру посвящена основательная работа В.А. Ацюковского (1990). Обсуждая свойства вакуума, В.Л. Гинзбург и В.П. Фролов (1987, стр. 63) пришли к выводу, что «термин «эфир» был просто заменен термином «вакуум» или «физический вакуум»». Таким образом, вакуумное состояние материи, широко обсуждаемое сегодня научной литературой, можно назвать эфиром. Эвкивалентность вакуума и эфира позволяет лучше понять И.О. Ярковского (1899), который считал, что субстанция, составляющая вещество и эфир - одна и та же, и что она может переходить из космического пространства внутрь небесных тел. Обладая огромными скоростями и пронизывая вещественные тела, потоки эфира, по мнению Ярковского, создают эффект гравитации. Поглощаясь в космических телах, эфир увеличивает их размер и массу. Рост Земли, невозможный у Ньютона, оказался возможным у Ярковского благодаря тому, что был найден источник материи, обеспечивающий этот рост, а роль транспортного звена выполнял механизм гравитации.

Геосолитоны – это локализованные вихревые процессы, выносящие вещество и энергию, созданные эфиром в космическом теле, в открытое космическое пространство. Уже с конца ХХ века в геологической литературе стали рассматриваться вопросы о каналах дегазации, о каналах геосолитонной дегазации или о каналах миграции, о флюидах, которые определяют уже не только дизъюнктивную тектонику, но и механизм структурной организации геологической среды. В осадочном разрезе дна морей и океанов такие каналы вторжения и перетоков глубинных флюидов и геосолитонных потоков дегазации часто оказываются связанными с диапировыми формами, которые были определены в наших работах (Р.М. Бембель, В.М. Мегеря, С.Р. Бембель - 2001; 2003). Еще в 1990 году на семинаре в отделе академика В.Д. Наливкина обсуждалась предложенная нами концепция взаимосвязи геосолитонной дегазации Земли и структурно-образовательных процессов. По мнению академика В.Д. Наливкина и присутствующих на семинаре ученых ленинградских институтов, была признана ведущей роль геосолитонной дегазации Земли при формировании структур. Такого же рода структуры существуют практически во всех интервалах Земли, включая плюмы, суперплюмы, крупнейшие структуры на разных глубинах и разных масштабов. Все они связаны с диапировым механизмом, обусловленным динамикой геосолитонной дегазации Земли.

По мнению А.Н. Дмитриевского и Б.М. Валяева (2002), изучение разгрузок углеводородов на дне океана, особенно наиболее интенсивных, представленных грязевыми вулканами, показало их связь не с разрушением скопления углеводородов внутри Земли, а с локализованными потоками глубинных углеводородных флюидов, выходящих при дегазации Земли. С такого же рода потоками и перетоками в приповерхностных осадках ассоциируется и скопление газогидратов, которые, по нашему мнению, являются, прежде всего, признаками активной геосолитонной дегазации водорода и метана на дне мирового океана. Масштабы и темпы выноса водорода, углеводородов локализованными потоками никак не согласуются с традиционными представлениями о генерации углеводородов из органического вещества осадочных пород. Эту точку зрения высказывают в своей работе А.Н. Дмитриевский и Б.М. Валяев (2002). Они считают, что сегодня требуется разработка новых моделей формирования скоплений углеводородов с участием в них локализованных потоков, реализующихся через дегазацию Земли.

Для организации современных поисков и разведки месторождений углеводородов методы изучения очагов геосолитонной дегазации могут представлять огромную поисковую ценность. В большой части работ сегодня обосновывается взаимосвязь скоплений углеводородов с разрывными нарушениями разного типа, уходящими в фундамент. Наша концепция указывает, что всевозможные формы нарушений тоже были вызваны геосолитонной дегазацией, благодаря высокой энергетике процессов. По мнению А.Н. Дмитриевского и Б.М. Валяева (2002), в последние годы появились работы, выполненные в масштабах отдельных месторождений с выявлением неоднородности резервуаров и их продуктивности в связи с нефтеподводящими каналами. Ученые считают, что при таком масштабе работ их практическая ценность резко возрастает в связи с возможным выходом для использования при оптимизации, выработке новых стратегий не только поисков и разведки, но и процессов разработки новых месторождений, контролируемых геосолитонной дегазацией Земли.

В мировой практике, в том числе и в России, в связи с данными о больших расхождениях конечной добычи от подсчитанных начальных запасов, все чаще появляются работы о вероятном восполнении месторождений углеводородов в процессе их разработки. В аспекте глубинной углеводородной дегазации механизмы и темпы формирования и переформирования залежей допускают возможность их восполнения в ходе разработки (А. Н. Дмитриевский и Б. М. Валяев - 2002).

Актуальность постановки проблемы поиска и разведки месторождений углеводородов, контролируемых дегазацией Земли, и практическая значимость ее сегодня требует серьезного изучения возможностей более рентабельных поисков, разведки и разработки месторождений подобного типа. Одно из важнейших мест в таком изучении должно быть отдано каналам дегазации, каналам вторжения глубинных источников газов и локализации потоков по этим каналам при формировании залежей на путях транспортировки глубинных газов в Земле.

Деление процессов дегазации на две ветви - «холодную» и «горячую» в литературе сложилось достаточно давно и ведется в двух направлениях поисков и разведки. Первая, «холодная» дегазация, обычно связана с углеводородными, нефтегазовыми месторождениями. «Горячая» дегазация связывается с рудными месторождениями, процессами формирования интрузивных и вулканических тел. Ниже мы рассмотрим подробнее причины «холодной» и «горячей» дегазации с точки зрения термодинамики реальных газов и химического их состава. Оказывается, и та, и другая порождаются в зависимости от доли водородно-гелиевой смеси в их составе. Поэтому на участках горячей дегазации, где традиционно ожидаются только интрузивные вулканические тела и рудные месторождения, при определенных благоприятных условиях на каких-то глубинных интервалах верхней части земной коры возможно и формирование углеводородных месторождений. Признаки относительно горячей, «теплой», дегазации могут оказаться признаками формирования богатых нефтегазовых месторождений. В дальнейшем мы попытаемся объединить оба типа дегазации в рамках единой концепции геосолитонной дегазации.