Серединно-Континентальний рифт — це давня тріщина в земній корі, що почала відкриватися посередині Північної Америки приблизно 1,1 мільярда років тому. З часом ця гігантська розломна зона стала осередком магми, води, металів і навіть природного водню. Якщо простежити цей геологічний дугоподібний слід до озера Верхнього, можна й сьогодні знайти породи рифту та метали майже біля поверхні. Деякі з них утворилися прямо з магми під час її охолодження, інші — пізніше, коли гаряча вода, насичена мінералами, проходила крізь тріщини, залишаючи по собі металічні відкладення. Протягом десятиліть дослідження рифту зосереджувалися на геотермальній енергії. Однак останнім часом інтерес знову повернувся до магматичних родовищ — зокрема, до сульфідів міді та нікелю в комплексі Дулут (Міннесота) і родовища Eagle Mine у Мічигані. Ця глибока історія піднімає сучасне енергетичне питання: чи можуть залізовмісні породи Серединно-Континентального рифту, взаємодіючи з підземною водою, утворювати природний водень у кількостях, придатних для використання? На перший погляд ідея виглядає привабливо, але лише польові дослідження — хімічний аналіз, геологічна структура, поведінка рідин, роль мікроорганізмів і інженерні аспекти — можуть дати справжню відповідь. Природний водень у рифті Більшість чули про “зелений водень” — отриманий шляхом розщеплення води за допомогою електрики з відновлюваних джерел. Але є й інший тип — “білий” або природний водень, який утворюється під землею, коли вода реагує з певними мінералами. Земля сама створює всі необхідні умови для цієї реакції — без будь-яких заводів чи електростанцій. Такі реакції можуть тривати доти, доки існують вода, реактивні мінерали, тепло й відкриті шляхи для обміну. Це не статичне родовище — система постійно відновлюється. Породи та гази рифту Рифт складається з товстих шарів мафічних порід — базальтів і інтрузивів, збагачених залізом і магнієм. Саме ці мінерали здатні вступати у реакції з водою, звільняючи водень. Розломи в корі створили численні тріщини, які в одних місцях зберігають рідини, а в інших — дозволяють їм рухатися. З часом пульсації тепла і мінералізованих розчинів відкривали одні шляхи та закривали інші, формуючи зони, де водень може виникати, мігрувати і накопичуватися. Пористі шари часто перекриті щільнішими породами, що діють як “ковдра”. У таких пастках газ може концентруватися. Геологічна будова рифту створює чимало подібних пар на різних глибинах. Дослідницька група з Небраски вирішила перевірити, чи дійсно водень формується у відчутних кількостях там, де породи рифту доступні для сучасного буріння. Вони прагнуть з’ясувати, чи накопичується газ у пастках або ж виходить назовні через тріщини, і чи не споживають його мікроорганізми ще до того, як він встигає зібратися. Глибоке буріння Команда пробурила тестову свердловину на глибину кількох тисяч футів — саме в “солодке місце” для досліджень: достатньо глибоко, щоб водень утримувався природними пастками, але не настільки, щоб буріння стало надто складним. Вчені аналізують склад газів і швидкість їхнього руху, перевіряють, як водень проходить через тріщини і пори, чи розчиняється у солоній воді, чи прилипає до мінералів. Якщо газ надто швидко розчиняється або поглинається, його важко зібрати; якщо рухається надто вільно — може просто втекти. Підземні мікроорганізми, що живуть без світла, можуть “живитися” хімічною енергією, у тому числі воднем. Тому вчені досліджують мікробні спільноти у пробах і визначають, наскільки швидко вони споживають водень при реальних тисках і температурах. Якщо мікроби активні, водень зникає майже одразу після утворення. Якщо ж хімічні умови чи температура обмежують їхню діяльність — газ може накопичуватися. Що показали результати Попередні результати обнадійливі. Науковці з Університету Небраски-Лінкольна вважають, що геохімічні й біогеохімічні умови рифту можуть обмежувати втрати і споживання природного водню. Це означає, що в надрах Серединного континенту може накопичуватися водень у масштабах, придатних для промислового використання. “Він може бути достатньо глибоко, щоб надійно зберігатися, але й досить близько, щоб ми могли його дістати,” — каже Керрі Вебер, професорка наук про Землю та атмосферу в UNL. “Геологія — на нашому боці.” Як рифт виробляє водень Мінерали, багаті на залізо, такі як олівін і піроксен, можуть реагувати з водою, розщеплюючи її молекули. У результаті електрони рухаються, зв’язки рвуться, і утворюється водень. Найактивніше реагують “свіжі” поверхні порід, тому нові тріщини відіграють ключову роль. Температура визначає швидкість реакції, а тиск — чи буде водень розчинятися у розсолах, чи підніматиметься у вигляді газу. Інші природні процеси також сприяють утворенню водню. Радіоліз — руйнування молекул води природною радіацією — теж може його продукувати. А реакції ультрамафічних порід із водою (серпентинизація) додають свій внесок. Мафічні породи рифту пропонують одразу кілька шляхів утворення водню, і саме локальні умови визначають, який із них переважає. Значення природного водню Водень — потужне джерело чистої енергії. У паливних елементах він утворює електрику та воду, а у високотемпературних процесах може замінити викопне паливо, зменшуючи викиди вуглекислого газу. Якщо природний водень справді доступний у великих обсягах і за прийнятною ціною, він може доповнити промислове виробництво і знизити потребу у дорогих енергетичних установках. Якщо системи рифту продовжують генерувати водень постійно, це може стати майже безперервним, відновлюваним джерелом енергії. Майбутнє Щоб підтвердити реальність цієї ідеї, потрібно виявити стабільні концентрації водню на глибині, наявність пасток під надійними покривами порід і довготривалу сталість потоку з свердловин. Поверхневе обладнання повинно ефективно відокремлювати водень від інших газів і безпечно його транспортувати. Цей проєкт об’єднує хімію, геологію, мікробіологію та інженерію в одну наукову програму, спрямовану на пошук чистих джерел енергії, які сама Земля створює у своїх глибинах. Повне дослідження опубліковано в журналі Ore Geology Direct.