Как появилась гипотеза гидридной Земли и есть ли водород в недрах нашей планеты, рассказывает Николай Ларин, научный сотрудник института физики Земли РАН.

Рождение Солнечной системы в представлении художника. Илл.: Gemini Observatory/AURA/Lynette Cook, nasa.gov

Ю.А. Костицын, академик РАН, научный руководитель ГЕОХИ РАН, заведующий лабораторией изотопной геохимии и геохронологии: Николай Владимирович Ларин занимается исследованием поведения водорода в земной коре, изучает пути и способы его миграции, влияние на вмещающие породы, на окружающую среду в целом. Сегодня это очень актуальное направление исследований. При этом он отталкивается от гипотезы изначально гидридного состава Земли, которую во второй половине прошлого века выдвинул и развивал его отец Владимир Николаевич Ларин – замечательный геолог, мыслитель и просто сильный человек, которым я – не скрою – восхищался в молодые годы. Это интервью больше о Ларине-старшем, что вполне объяснимо, поскольку в центре обсуждения – водород., парадоксально, что до сих пор его фамилия непременно упоминается при обсуждении поведения водорода в недрах планеты. Далеко не все прежние предположения, гипотезы и даже казавшиеся логически стройными научные теории выдерживают проверку временем, более того, большинство рабочих моделей со временем отвергается. Однако люди, посвятившие им свои исследования, достойны уважения и доброй памяти.

— Николай Владимирович, как ваш отец пришёл к гипотезе гидридной Земли и в чём она заключается?

— Отец, Владимир Николаевич Ларин, был геологом. К идее гидридного строения Земли он пришёл в 1968 году. До этого он успешно занимался редкометальными гранитами, создал методику поиска слепых редкометалльных месторождений – таких, которые не выходят на поверхность. Но геолог отличается от других тем, что он умеет искать месторождения. И он осознал, что принятые представления об устройстве планеты никак ему в этом поиске не помогают.

Уже тогда было известно, что в недрах Земли есть водород, и чем глубже, тем его больше. При этом встречаются самородные восстановленные фазы, которые никак не могут появиться в водном флюиде. Однажды он листал справочник по физическим параметрам гидридов металлов – и вдруг пазл сложился. Так, постепенно, шаг за шагом, родилась гипотеза.

Хотя началось всё даже не с геологии, а с космогонии. Наша Солнечная система, в таком виде, в котором мы её наблюдаем, существовать в общем-то не должна. Масса всех планет составляет примерно 1/800 от массы Солнца. Но на них приходится 98% момента количества движения. Чтобы эта система вот так образовалась, в системе нужны «спицы», на которые будут как бы «надеты» планеты. Но спиц не наблюдается. Или они были, но каким-то образом «отключились».

— Как же тогда образовалась Солнечная система?

— Есть такой термин – аккреционный диск. Аккреция – это сбор. На самом деле это не диск сбора, а диск разлёта. Гравитация сама по себе не имеет направления. Чтобы пыль и газ вокруг молодой звезды собрались в протопланетный диск, нужны какие-то уникальные условия. Всё собирается к центру тяжести. Но собравшись, начинает раскручиваться, как фигуристка на льду. Она развела руки в стороны, радиус увеличился, и она затормозилась. Руки прижала к себе – радиус уменьшился, и она тут же раскрутилась.

Наша небула, состоявшая из ионизированного вещества — плазмы – сжималась к своему центру тяжести и при этом раскручивалась всё сильнее, пока не возник предел ротационной неустойчивости, при котором центробежная сила превысила силу гравитации. В этот момент у небулы начинается истечение вещества в плоскости эклиптики, и небула превращается в протопланетный диск.

Таких дисков современными телескопами открыто великое множество. Важно отметить, что сбор и раскрутка небулы происходят неравномерно. Если в начале всё собирается медленно и потихоньку раскручивается, то «под занавес» этого процесса можно говорить о фактическом падении вещества к центру тяжести и раскручивании небулы до состояния волчка.

Быстро вращающаяся плазма формирует дипольное магнитное поле. В этом магнитном поле происходил разлёт протопланетного диска. А заряженные частицы, из которых он состоял, двигаясь не с релятивистскими, а с тепловыми скоростями, не могут пересекать линии магнитного поля. И они задерживаются магнитным полем.

Заслуга отца состоит в том, что он предположил, что на этапе формирования Солнечной системы произошла магнитная сепарация химических элементов по их потенциалам ионизации – по способности отдать свой внешний электрон. А эта способность у всех разная, потому что некоторые элементы могут оставаться нейтральными даже вблизи звезды, а, например, атому цезия достаточно пламени свечи, чтобы он потерял свой электрон. В соответствии с этим элементы разбежались в «магнитном сепараторе», и это может объяснять различие составов планет в Солнечной системе.

— Как это можно проверить?

— Доступных данных оказывается не так много. Нам известны составы фотосферы Солнца, отвечающего составу примерно 70% объёма звезды; материала внешних геосфер Земли; образцов, собранных на Луне; метеоритов, собранных «в падениях». Теперь мы можем сопоставить пары Земля−Солнце, Земля−Пояс астероидов и Земля−Луна, отложив по оси абсцисс первые потенциалы ионизации химических элементов, а по оси ординат их относительную распространенность. Если внимательно посмотреть на соответствующие графики, построенные отцом, становится очевидным, что все химические элементы разделены по их потенциалам ионизации.

— А что с составом метеоритов?

— Отец сопоставил состав упавших метеоритов и внешней оболочки Земли. Пояс астероидов, откуда берут начало подавляющее количество упавших на Землю камней, отстоит в три раза дальше от Солнца, чем наша планета. И, глядя через «призму» магнитного сепаратора, становится понятным, почему, например, содержание ртути и углерода в метеоритах на два порядка больше, чем на Земле. Напомним, что углерод является одним из самых лёгких элементов, его атомная масса 12, а вот ртуть относится к тяжеловесам, её атомная масса 200. Идея солнечного ветра, постулирующая распределение химических элементов в зависимости от их веса, в данной связи становится неуместной.

При взгляде на график Земля−Луна становится очевидным, что о «захвате» Луны речи тоже идти не может. Магнитный сепаратор сработал для них одинаково, и, вероятнее всего, мы с нашей соседкой являемся парной планетой, разделившейся на этапе формирования. Если посмотреть внимательно на эти графики, можно сделать главный вывод: распределение химических элементов в Солнечной системе зависит от их потенциалов ионизации.

— Так каков же, согласно этой гипотезе, исходный состав Земли?

— Основные петрогенные элементы примерно совпадают с традиционной моделью, но должны быть различия: аномально низкое, относительно общепринятого состава, содержание кислорода и превышающее на два порядка содержание водорода.

— Казалось бы, у нас не так мало кислорода.

— Да, тут нужно пояснить кислородную аномалию, которая явно выбивается из общего тренда. На этапе, когда всё вещество было ионизировано, кислород не мог быть связан в соединения, значит, причина не в этом. Причина появления кислородной аномалии связана с водородной продувкой металлической планеты. Водород способен очень эффективно очищать металлы от примесей, что он и сделал с металлической мантией Земли. Как это ни парадоксально звучит, мы живём на тонкой «плёнке» литосферы, состоящей из силикатов и окислов, которые покрывают металлическую планету достаточно тонким, до 100 км толщиной (в осевых частях океанов до 3-5 км), слоем. Именно столько кислорода нам отмерила магнитная сепарация.

— А откуда водород, точнее куда он делся?

— Наша планета формировалась в облаке водорода. Это были такие растущие металлические снежинки, которые постепенно падали к центру тяжести, и там слеплялись и уплотнялись, формируя планету. У металлов есть замечательная способность: они способны растворять в себе водород. Один объём металла может растворить в себе сотни объёмов водорода, и вы этого даже не заметите, потому что молекула водорода сначала прилипает к поверхности, потом разваливается на два атома, а дальше они растворяются в объёме металла. При этом электроны коллективизируются, а протон, который примерно в сто тысяч раз меньше, чем атом водорода, проникает внутрь кристаллической решётки металла. При таких размерах протона металлическая решётка для него – это пустое место. Там эти протоны могут гулять, сколько и как им угодно.

Конденсирующиеся в атмосфере водорода металлы сорбировали на себя водород, и в дальнейшем, при уплотнении новорожденной планеты, в центре возникли более выгодные с точки зрения плотности модификации – это гидриды металлов. В отличие от металлов, они способны к сжатию. Эволюция изначально гидридной планеты привела к водородной дегазации её недр, появлению оболочек — металлосферы и литосферы, в определённый момент возникла гидросфера.

Представьте, у вас в саду лежит ржавая металлическая гиря, а мы, как микробы, ползаем по этой ржавчине и считаем, что у нас вся планета состоит из ржавчины. Как ни удивительно это звучит, наша планета – металлическая, в центре ещё остались гидриды металлов, но на Земле до них мы никогда не доберёмся, это очень глубоко. Надо заметить, что это касается всех планет земной группы. Обратите внимание на яркие «лучи» кратеров Тихо и Коперник на Луне, где метеориты пробили слой силикатов до металлосферы или на кратер Дега на Меркурии, который удивляет необычным синим цветом материала. Синий цвет, по мнению отца, обусловлен присутствием силицида магния и это объясняется его теорией.

— Вы помните, в какой момент решили стать геологом? Отец рассказывал вам в детстве о своей работе?

— Геологом я хотел стать всегда. Эксперименты, которые отец проводил дома, на кухне, я наблюдал в раннем детстве. Какие-то моменты, связанные с его теорией, я почерпнул в начальных классах, может, в третьем-четвертом.

Николай Ларин, научный сотрудник института физики Земли РАН. Фото из личного архива.

— Он был непререкаемым авторитетом для вас, или вы выражали сомнения в том, что он говорит?

— Память избирательна. Всего не упомнить. Конечно, я пытался спорить, но только в каких-то несущественных деталях. Например, в экспедиции в Израиле отец считал, что какие-то лавы во впадине Махтеш Рамон современные, я же настаивал, что они мелового возраста, и оказался прав, но это всего лишь маленький эпизод из полевых работ. По принципиальным вопросам у нас было полное взаимопонимание.

— Я так понимаю, что сейчас вы не сомневаетесь в правильности этой гипотезы, но, как мне известно, учёный мир в большинстве своем её не поддержал.

— Это вопрос уже не к геологии – это вопрос веры и методологии познания. Математики, например, написали и показали новое уравнение. Левая часть равна правой и можно в этом убедиться - вот она. Химики сварили новое вещество – вот спектр, вот состав. Физики изучили новое явление – вот результаты эксперимента – верим.

Проблема в том, что в геологии быстро проверить не получается. Обнаружив какое-то явление, его нельзя объяснить, потому что объект сложный. И возникают предположения, на их основе проводятся многолетние исследования, пишутся работы, кто-то защищает диссертации, кто-то с этим прожил всю жизнь. Знание канонизируется, пока не приходит новый человек и не говорит: «Смотрите, все не так». Но на то, что его услышали, требуется время. Иногда много времени. Хотя нередко он так и остаётся неуслышанным.

— Вы решили такого сценария не допустить?

— Где-то с четверть века назад я решил, что должен продолжать дело отца. Мы начали с поисков природного водорода и с изучения связанных с этим явлений, которые нельзя было объяснить с общепринятой точки зрения, поэтому ими никто и не занимался. Знаете, это очень воодушевляет, когда ваши полевые наблюдения подтверждают сделанный ранее прогноз. Конечно, с Лариным-старшим пытаться сравнивать себя нельзя, он безусловно опередил своё время, но работать с ним было очень интересно. Многие считают его гениальным учёным. Он смеялся, когда это слышал: «Подумаешь, есть у меня какой-то талант, вот и все». Даже сейчас, продолжая его дело, я не устаю удивляться его дару предвидения и научной интуиции.

— Над чем сейчас работаете в этом направлении?

— Так как мы были первыми, кто показал, что водород выходит на поверхность не рассеянным потоком, подобно муке сквозь сито, а компактными струями, то мы сосредоточили свои усилия в этом направлении. Поэтому, сейчас я занят вопросами поиска природного водорода. Мы много что сделали и продолжаем делать. Получены прекрасные результаты во многих регионах, только до Южной Америки и Антарктиды пока не добрался.

— Вы должны быть золотым дном для тех, кто ищет водород.

— А вот здесь начинается интересное. Сейчас много команд бросились искать природный водород. В основном это зарубежные команды. Они пишут, что они – пионеры, на переднем крае и т.п. На самом деле никаких результатов нет. Все эти команды пытаются друг друга перекричать. Забавно, что, по нашим наблюдениями, подавляющее большинство этих команд не собираются найти, они собираются поискать природный водород за чужие деньги. Это их устраивает. но даже если я готов поработать бесплатно – толку-то, мы же скважину бесплатно не пробурим. И людей отправить в экспедицию на несколько месяцев нельзя – им тоже нужно что-то платить. Когда-то водород будет дешевле метана, потому что его искать гораздо проще, чем метан. Углеводороды ошибочно представляют как продукт разложения когда-то умерших растений и животных, в то время как они являются продуктом гидрогенизации, как и вода на Земле. Водород дешевле искать, мы не тратим много времени на поиски пустых структур, как происходит в нефти и газе, где хорошо, если 1/10 скважин что-то покажет. В качестве примера можно сказать, что мы пока пробурили единственную скважину, и она показала водород. Результат практически недостижимый при поиске углеводородов.

— Как думаете, эта ситуация изменится?

— Как говорят, каменный век закончился не потому, что закончились камни. Поэтому будущее человечества, безусловно, связано с использованием природного водорода. Попытки искусственно получать водород из метана, воды или ещё как наталкиваются на высокую его стоимость, которая ставит крест на дальнейшем развитии водородной энергетики. И тут нам на помощь приходит теория, одним из следствий которой является истечение водорода из недр планеты. Причём это происходит по всей Земле и в масштабах неисчерпаемых в рамках потребностей человечества.

— Какую практическую пользу это может принести?

— Над чем бы учёные ни работали, у них всё равно получается оружие, как писал Курт Воннегут в «Колыбели для кошки»). Заслуга Ларина-старшего в том, что он, кажется, опроверг данное утверждение. Использование водорода в качестве энергоносителя обеспечит создание децентрализованного энергоснабжения и существенно улучшит экологию в городах. Если же смотреть глобально, то, как вы думаете, что произойдёт с человечеством с приходом понимания того факта, что водорода хватит на всех и он есть у всех стран без исключения? Владимир Николаевич считал, что это приведет к исчезновению ресурсных войн и всем, что за этим стоит.