References

gtcrust

Геодинамика и тектонофизика

Geodynamics & Tectonophysics

2078-502X

Institute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

10.5800/GT-2021-12-3-0543

gtcrust-1244

Research Article

ДИСКУССИЯ

DISCUSSION

ИЗНАЧАЛЬНО ГИДРИДНАЯ ЗЕМЛЯ: ГИПОТЕЗА И РЕАЛЬНОСТЬ

EARTH AS PRIMORDIALLY HYDROGEN-RICH PLANET: HYPOTHESIS AND REALITY

Поспеев

А. В.

Pospeev

А. V.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

avp@crust.irk.ru

Институт земной коры СО РАНРоссияInstitute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation

2021

17092021

123645651

2021

Поспеев А.В.

Pospeev А.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/1244

Рассмотрена роль природного водорода в геодинамике и энергетике Земли. Поскольку в современных проектах развития водородной энергетики базовой является гипотеза об изначально гидридной Земле, рассмотрены ее аспекты, а также физические параметры мантии и ядра.

Оценена вероятность нахождения месторождений природного водорода в ловушках осадочного чехла. Показано, что объемы глубинной дегазации водорода, оцениваемые по разнообразным космогоническим, петрофизическим, геохимическим данным, в среднем на два порядка меньше объемов, прогнозируемых гипотезой об изначально гидридной Земле. Следующие из нее выводы о наличии металлосферы не подтверждаются ни геологическими, ни геофизическими данными.

The article is focused on the role of natural hydrogen in the Earth geodynamics and energy potential. With a proper consideration of the physical parameters of the Earth’s core and mantle, we discuss the aspects of the Hydridic Earth (or Primordially Hydrogen-Rich Planet) theory, which is currently used as a fundamental hypothesis in modern projects aimed at hydrogen energetics.

A probability of finding natural hydrogen deposits in sedimentary traps is estimated. It is shown that the volume of deep degassing of hydrogen can be calculated from various cosmological, petrophysical and geochemical data, and an average volume is two orders of magnitude less than the amount predicted by the Hydridic Earth hypothesis. This hypothesis gives grounds to conclude that the major part of Earth’s mantle is a metal sphere; however, this conclusion is not supported by the geological and geophysical data.

природный водородгидридымагнитная сепарацияметаллосферафлюидный потокпроводимость

natural hydrogenmagnetic separationhydrides of metalsmetal spherefluid flowconductivity

Работа выполнена в рамках реализации мегагранта «Орогенез: образование и рост континентов и суперконтинентов». При обобщении материалов в работе использовались данные, полученные с частичным применением оборудования ЦКП «Геодинамика и геохронология» Института земной коры СО РАН.

The study was carried out as part of the mega-grant titled Orogenesis: Formation and Growth of Continents and Supercontinents. The summary of materials includes the data obtained with a partial use of equipment at the Geodynamics and Geochronology Center for Collective Use, Institute of the Earth's Crust SB RAS.

References1

Alpatiev A.M., 1969. Water Cycles in Nature and Their Transformations. Gidrometeoizdat, Leningrad, 323 p. (in Russian) [Алпатьев А.М. Влагообороты в природе и их преобразования. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 323 с.].

Ashchepkov I.V., 1991. Deep Xenoliths of the Baikal Rift. Nauka, Novosibirsk, 158 p. [Ащепков И.В. Глубинные ксенолиты Байкальского рифта. Новосибирск: Наука, 1991. 158 с.].

Cherepanov V.V., Menshikov S.N., Varyagov S.A., Nazina T.M., Bondarev V.L., Gudzenko V.T., Mirotvorsky M.Yu., 2014. Origin of Hydrogen in Annular Space of Wells in the Bovanenkovskoye Oil-Gas-Condensate Field. Oilfield Engineering 12, 43–48 (in Russian) [Черепанов В.В., Меньшиков С.Н., Варягов С.А., Назина Т.М., Бондарев В.Л., Гудзенко В.Т., Миротворский М.Ю. Происхождение водорода в межколонном пространстве скважин Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения // Нефтепромысловое дело. 2014. № 12. С. 43–48].

Demonterova E.I., Ivanov A.V., Rasskazov S.V., Markova M.E., Yasnygina T.A., Malykh Yu.M., 2007. Lithospheric Control on Late Cenozoic Magmatism at the Boundary of the Tuva-Mongolian Massif, Khubsugul Area, Northern Mongolia. Petrology 15 (1), 90–107. https://doi.org/10.1134/S0869591107010055.

Dobretsov N.L., 1981. Global Petrological Processes. Nedra, Moscow, 236 p. (in Russian) [Добрецов Н.Л. Глобальные петрологические процессы. М.: Недра, 1981. 236 с.].

Dziewonski A.M., Anderson D.L., 1981. Preliminary Reference Earth Model. Physics of the Earth and Planetary Interiors 25 (4), 297–356. https://doi.org/10.1016/0031-9201(81)90046-7.

Fainberg E.B., Fiskina M.V., Rotanova N.M., 1977. Experimental data on Global Electromagnetic Sounding of the Earth. In: Studies of the Space-Time Structure of the Geomagnetic Field. Nauka, Moscow, p. 102–113 (in Russian) [Файнберг Э.Б., Фискина М.В., Ротанова Н.М. Экспериментальные данные по глобальному электромагнитному зондированию Земли // Исследования пространственно-временной структуры геомагнитного поля. М.: Наука, 1977. C. 102–113].

Golubev V.A., 2007. Conductive and Convective Heat Transfer in the Baikal Rift Zone. GEO, Novosibirsk, 222 p. (in Russian) [Голубев В.А. Кондуктивный и конвективный вынос тепла в Байкальской рифтовой зоне. Новосибирск: Гео, 2007. 222 с.].

Gordienko V.V., 2019. About Degassing of the Earth. Geophysical Journal 41 (3), 18–45 (in Russian) [Гордиенко В.В. О дегазации Земли // Геофизический журнал. 2019. Т. 41. № 3. С. 18–45].

Hoyle F., Wickramasighe N.C., 1968. Condensation of the Planets. Nature 217, 415–418. https://doi.org/10.1038/217415a0.

Ione K.G., 2003. Problems of Industrial Production of Hydrogen in Comparison to Extraction Problems of Natural Hydrogen as Mineral Resource. Chemistry for Sustainable Development 11 (6), 907–917 (in Russian) [Ионе К.Г. Проблемы промышленного производства водорода в сопоставлении с проблемами добычи природного водорода как полезного ископаемого // Химия в интересах устойчивого развития. 2003. Т. 11. № 6. С. 907–917].

Isaev V.P., 2016. Prospects for Oil and Gas Potential of Intermontane Depressions in Buryatia. GEO, Novosibirsk, 165 p. (in Russian) [Исаев В.П. Перспективы нефтегазоносности межгорных впадин Бурятии. Новосибирск: Гео, 2016. 165 с.].

Kovtun A.A., 2009. Physical Properties of the Earth According to Deep Geoelectric Surveys. Issues of Geophysicists 42, 84–104 (in Russian) [Ковтун А.А. Физические свойства Земли по данным глубинной геоэлектрики // Вопросы геофизики. 2009. Вып. 42. С. 84–104].

Kudrin I.V., Orljankin V.N., Kudrin K.I., 2006. Method of Searching of Gaseous Hydrogen and Helium Clusters in Earth Interior. Patent for Invention No. 2316028C2 (RU) Dated March 1, 2006. ROSPATENT, Moscow (in Russian) [Кудрин И.В., Орлянкин В.Н., Кудрин К.И. Способ поисков в недрах Земли скоплений газообразных гелия и водорода: Патент на изобретение № 2316028C2 (RU) от 01.03.2006. М.: РОСПАТЕНТ, 2006].

Larin V.N., 2005. Our Earth (Origin, Composition, Structure and Development of the Hydridic Earth). Agar, Moscow, 242 p. (in Russian) [Ларин В.Н. Наша Земля (происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли). М.: Агар. 2005. 242 с.].

Litasov K.D., Shatsky A.F., 2016. Composition and Structure of the Earth’s Core. Publishing House of SB RAS, Novosibirsk, 304 p. (in Russian) [Литасов К.Д., Шацкий А.Ф. Состав и строение ядра Земли. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2016. 304 с.].

McDonough W.F., Sun S.-S., 1995. The Composition of the Earth. Chemical Geology 120 (3–4), 223−253. https://doi.org/10.1016/0009-2541(94)00140-4.

Mikhailov V.N., Dobrolyubov S.A., 2017. Hydrology. Textbook for Universities. Direct-Media, Moscow, Berlin, 752 p. (in Russian) [Михайлов В.Н., Добролюбов С.А. Гидрология: Учебник для вузов. М., Берлин: Директ-Медиа, 2017. 752 с.].

Netrusov A.I., Kotova I.B., 2012. Microbiology. Academy Publishing Center, Moscow, 384 p. (in Russian) [Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология. М.: Издательский центр «Академия», 2012. 384 с.].

Ohtani E., 2005. Water in the Mantle. Elements 1 (1), 25–30. https://doi.org/10.2113/gselements.1.1.25.

Okuchi T., 1997. Hydrogen Partitioning into Molten Iron in High Pressure: Implications for Earth’s Core. Science 278 (5344), 1781–1784. https://doi.org/10.1126/science.278.5344.1781.

Pechernikova G.V., Vityazev A.V., 2012. Origin and Early Evolution of the Solar System. Earth and the Universe 1, 3–20 (in Russian) [Печерникова Г.В., Витязев А.В. Происхождение и ранняя эволюция Солнечной системы // Земля и Вселенная. 2012. № 1. С. 3–20].

Popov V.S., Kremenetsky A.A., 1999. Deep and Superdeep Research Drilling on Continents. Soros Educational Journal 11, 61–68 (in Russian) [Попов В.С., Кременецкий А.А. Глубокое и сверхглубокое научное бурение на континентах // Соросовский образовательный журнал. 1999. № 11. С. 61–68].

Pospeev A.V., 2012. The Velocity Structure of the Upper Mantle and Regional Deep Thermodynamics of the Baikal Rift Zone. Geodynamics & Tectonophysics 3 (4), 377–383 (in Russian) [Поспеев А.В. Скоростная структура верхней мантии и региональная глубинная термодинамика Байкальской рифтовой зоны // Геодинамика и тектонофизика. 2012. Т. 3. № 4. С. 377–383]. https://doi.org/10.5800/GT-2012-3-4-0080.

Pushcharovsky D.Yu., Pushcharovsky Yu.M., 1998. Composition and Structure of the Earth’s Mantle. Soros Educational Journal 11, 111–119 (in Russian) [Пущаровский Д.Ю., Пущаровский Ю.М. Состав и строение мантии Земли // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 11. С. 111–119].

Radchenko R.V., Mokrushin A.S., Tyulpa V.V., 2014. Hydrogen in Energy. Textbook. Publishing House of the Ural University, Ekaterinburg, 229 p. (in Russian) [Радченко Р.В., Мокрушин А.С., Тюльпа В.В. Водород в энергетике: Учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2014. 229 с.].

Rasskazov S.V., 1993. Magmatism of the Baikal Rift System. Nauka, Novosibirsk, 288 p. (in Russian) [Рассказов С.В. Магматизм Байкальской рифтовой системы. Новосибирск: Наука, 1993. 288 с.].

Regel A.R., Glazov V.M., 1980. Physical Properties of Electronic Melts. Nauka, Moscow, 296 p. (in Russian) [Регель А.Р., Глазов В.М. Физические свойства электронных расплавов. М.: Наука, 1980. 296 с.].

Ringwood A.E., 1981. Composition and Petrology of the Earth’s Mantle. Nedra, Moscow, 585 p. (in Russian) [Рингвуд А.Е. Состав и петрология мантии Земли. М.: Недра, 1981. 585 с.].

Shankland T.J., Peyronneau J., Poarier J.-P., 1993. Electrical Conductivity of the Earth’s Lower Mantle. Nature 366, 453–455. https://doi.org/10.1038/366453a0.

Van’yan L.L., Butkovskaya A.I., 1980. Magnetotelluric Sounding of Layered Medium. Nedra, Moscow, 228 p. (in Russian) [Ваньян Л.Л., Бутковская А.И. Магнитотеллурические зондирования слоистых сред. М.: Недра, 1980. 228 с.].

Vysotsky V.I., Dmitrievsky A.N., 2008. Global Oil and Gas Resources and Their Development. Russian Chemical Journal 52 (6), 18–24 (in Russian) [Высоцкий В.И., Дмитриевский А.Н. Мировые ресурсы нефти и газа и их освоение // Российский химический журнал. 2008. Т. 52. № 6. С. 18–24].

Zgonnik V., 2020. The Occurrence and Geoscience of Natural Hydrogen: A Comprehensive Review. Earth-Science Reviews 203, 103140. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103140.

Zverev V.P., 2007. Groundwaters of the Earth’s Crust and Geological Processes. Nauchny Mir, 256 p. (in Russian) [Зверев В.П. Подземные воды земной коры и геологические процессы. М.: Научный мир, 2007. 256 с.].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.