Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

Вариации содержаний молекулярного водорода в подпочвенном газе Хибинского массива

Нивин В.А.,* Сывороткин В.Л.**

*ГИ КНЦ РАН, Апатиты; ** МГУ, Москва

В последнее время в разных регионах осуществляется мониторинг изменения концентраций водорода в подпочвенной атмосфере с целью выявления индикаторов и предвестников геодеформационных процессов или для экспериментальной проверки ╚водородной╩ концепции разрушения озонового слоя (Сывороткин, 2002). При организации такого мониторинга в Хибинах, где водород является вторым по значению (после метана) компонентом в составе спонтанных газовыделений (Нивин, 2006), кроме того, предполагалось выявить закономерности и основные факторы изменения во времени интенсивности выделения природных горючих и взрывоопасных газов, осложняющих эксплуатацию месторождений апатито-нефелиновых руд. Проведение давно назревших длительных режимных наблюдений за ходом свободных газов в нефелин-сиенитовых массивах Кольского полуострова  стало возможным лишь с появлением разработанного в МИФИ под руководством И.Н.Николаева портативного водородного газоанализатора непрерывного действия. Используемым нами прибором модификации ВГ-3 измеряются концентрации водорода в воздухе в диапазоне от 0.0001 до 0.01 об. %  (1 - 100 ppm) с разрешением 0.0001 об. %. Пункт наблюдения, в геологическом отношении находящийся в зоне пересечения Центральной кольцевой структуры массива и одного из радиальных разломов, оборудован в полуподвальном помещении на промплощадке подземного рудника, а водородный датчик вынесен в перекрытую сверху траншею глубиной 1 м, выходящую за пределы здания.

Мониторинг концентраций подпочвенного водорода начался 19 апреля 2005 года и продолжается по настоящее время. Первые 10 месяцев записи измерений проводились с дискретностью 1 минута, а затем √ с 5-минутным интервалом. После устранения причин, обусловивших отдельные пропуски во временной последовательности данных, с января 2007 года получаемый ряд наблюдений становится абсолютно непрерывным (рис. 1).

Рис. 1. Ход концентраций подпочвенного водорода в Хибинах в 2007 году

Даже простой визуальный анализ временного ряда за почти трехлетний период позволяет предположить совокупное влияние на содержание водорода в подпочвенной атмосфере многих, также меняющихся во времени, факторов. Концентрация Н₂ при средней величине 15 √ 20 ppm варьирует от значений ниже порога обнаружения до 108 ppm. При этом колебания с размахом в полтора порядка величины могут происходить в течение нескольких часов, а продолжительность отдельных импульсов с амплитудой 20 √ 40 ppm часто измеряется лишь минутами. В первую очередь обращает на себя внимание сезонный характер вариаций. В июне √ августе частота и амплитуда колебаний обычно увеличиваются, а в зимние месяцы √ уменьшаются. Просматривается также общая тенденция снижения интенсивности газовыделения от 2005 к 2007 году. Практически сразу после начала наблюдений, 26-27 апреля 2005 г., были выявлены значительные пики концентрации подпочвенного водорода. В это же время (с незначительным ожидаемым запаздыванием) Мурманской озонометрической станцией и американским космическим спутником зарегистрировано существенное снижение общего содержания озона над Кольским полуостровом. Таким образом, было получено первое экспериментальное подтверждение ╚водородной╩ концепции разрушения озонового слоя (Сывороткин, 2005).

Для обработки той части временного ряда, где была обеспечена непрерывность наблюдений, использовался метод фликкер-шумовой спектроскопии (Тимашев, 2007). Анализ спектров мощности полученных сигналов в низкочастотном интервале выявил следующие периоды всплесков концентрации водорода: 60.9, 34.7, 13.9, 8.5, 7.2, 6.1, 4.9,  3.1, 2.9, 1.37 суток, 24.1 часа (основной), 12 час. Эта периодичность большей частью связана с неравномерностью вращения Земли вокруг собственной оси и действием лунно-солнечных приливов.

Разнообразные, хотя и не всегда однозначные, взаимосвязи содержаний водорода в подпочвенной атмосфере и сейсмичности (природной и техногенной) массива, намечающиеся при совместной обработке этих показателей, позволяют надеяться на разработку в будущем газо-геохимических, в частности, водородометрических прогностических признаков таких опасных геодинамических явлений, как горные и горно-тектонические удары.

Работа выполнялась при финансовой поддержке ОНЗ РАН (проект 1.2.1).

Литература

Нивин В.А. Углеводородные газы свободной фазы в нефелин-сиенитовых магматических комплексах как продукт природного абиогенного синтеза // Генезис углеводородных флюидов и месторождений. М.:ГЕОС, 2006. С. 130-138.

Сывороткин В.Л. Глубинная дегазация и глобальные катастрофы. М.: ЗАО ╚Геоинформмарк╩, 2002. 250 с.

Сывороткин В.Л. Экспериментальное подтверждение водородной концепции разрушения озонового слоя Земли // Система планета Земля (Нетрадиционные вопросы геологии). Матер. ХШ Научн. семинара. М., 2005. С. 265-267.

Тимашев С.Ф. Фликкер-шумовая спектроскопия: информация в хаотических сигналах. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 248 с.