Какие сюрпризы готовит природа разработчикам северного шельфа?

Газовое дыхание океана

- Анатолий Николаевич, участников недавно прошедшей в Кольском научном центре международной конференции, посвященной проблемам безопасности в Баренц-регионе, весьма впечатлил ваш доклад о новых вызовах в обеспечении промышленной безопасности, связанных с потеплением Арктики. С трудом верится, что метановые вулканы, бьющие со дна наших северных морей, и гигантские газовые пузыри, встающие на пути подводных лодок и кораблей, - это не измышления фантастов, а реалии жизни в Заполярье…

- Арктика все время преподносит сюрпризы. Черты реальности приобретает то, о чем недавно мы и помыслить не могли. На исследовательских судах лишь пять-шесть лет назад было установлено современное оборудование, которое позволило начать детальное изучение рельефа северных морей, тогда-то и появились сведения о грязевых вулканах, воронках, оставшихся на месте газовых пузырей, о метановых струях в толще вод океана. До этого никто и представить не мог, что в Мировом океане существуют такие мощные метановые потоки.

Ранее считалось, что свободный газ мы можем встретить в северных районах только ниже слоя вечной мерзлоты. В 70-е годы российские ученые доказали наличие в толще вечной мерзлоты «твердых» гидратов газов с удивительной структурой - это своего рода «газовые баллоны», стенки которых стоят из кристаллов льда, а сам газ находится внутри под давлением в 180 атмосфер. Вблизи Норильска было открыто даже единственное в мире промышленное месторождение газа и газогидратов, но полная картина распространенности газогидратных слоев в мерзлоте оставалась непознанной до последнего времени.

Как они образуются? Вследствие вековых колебательных движений земной коры поверхность суши на плоской, как стол, северной окраине Евразии то вздымается над уровнем моря на несколько десятков метров (как на современной территории полуострова Ямал или острова Колгуев), то опускается под толщу вод на глубину до 300-500 метров. Такую затопленную сушу называем шельфом.

Среднегодовые температуры на арктическом побережье минус 12-14 градусов, поэтому участки суши выше уреза воды промерзают за несколько тысяч лет на сотни метров вглубь. Когда же эта промерзшая толща опускается в пучину океанических вод, то она начинает подтаивать и сверху (под действием относительно теплой воды), и снизу (вследствие смещения уровня нулевой температуры из глубины к поверхности дна моря).

В результате этого прогрева законсервированные в мерзлоте слои и линзы газогидратов разрушаются, и метан устремляется наружу, прорываясь в толщу вод и далее в атмосферу. И задержать его на какое-то время могут только не успевшие растаять прослойки вечной мерзлоты либо непроницаемые для газа слои глинистых осадков. Такова несколько упрощенная схема образования аномальных газовых скоплений в верхних горизонтах осадочного покрова Северного Ледовитого океана и его окраинных морях, а также на сибирских прибрежных равнинах.

- Схема была ясна, но впереди ждали сюрпризы?

- Да, поскольку количество этих газогидратов, их расположение было неизвестно. Предполагалось только, что положительных температур газогидраты не выдерживают, поэтому на небольшой глубине их быть не может. И поэтому в то время остались необъясненными случаи частых пожаров и катастрофических выбросов газа из разведочных скважин, с помощью которых оконтуривались гигантские газовые месторождения на Ямале и в Западной Сибири. Геофизическое зондирование как будто бы надежно определяло глубину залегания насыщенных газом пород в 600-1500 метров, но как только бур проходил по якобы безопасной мерзлоте 50-100 метров, так происходил выброс газа (иногда до 14 000 кубометров в сутки), что нередко приводило к пожарам на буровых.

Долгое время считалось, что виноваты бурильщики, и лишь через много лет был установлен истинный «виновник» аварий - линзы газогидратов метана, залегающие в «неположенном» месте. Это блестяще доказал в 2009 году Владимир Якушев, руководитель лаборатории геокриологии и газогидратов ООО «Газпром ВНИИГАЗ». Он обосновал в своей докторской диссертации неизвестное ранее науке явление «самоконсервации газогидратов», позволяющее им долгое время существовать даже в условиях положительных температур.

Газогидраты в донных осадках есть во всех морях, но залегают они на больших глубинах, где высокое давление обеспечивает их устойчивость до температур 5-15 градусов выше ноля. А у нас в Арктике температура воды у дна опускается до минус 2 градусов, и поэтому на миллионах квадратных километров Ледовитого океана газогидратный слой лежит у самой поверхности дна, под тонким слоем молодых илов. Эта особенность арктических морей до последнего времени не учитывалась специалистами по инженерной геологии и промышленной безопасности.

- И весь этот беспокойный метан ведет себя довольно непредсказуемо, как можно понять - будь он хоть в своих непрочных ледяных «баллонах», а уж тем более если ему удается вырваться наружу. Угроза здесь, насколько стало понятно, не только для буровых работ?

- Да, и раньше предполагалось, что если начнет таять вечная мерзлота, то будет выделяться метан. Экологи заговорили о «метановой бомбе», поскольку запасов метана в вечной мерзлоте в десятки или сотни раз больше, чем во всех газовых месторождениях мира. А как парниковый газ метан в пять раз эффективнее СО2. Угроза разрушения озонового слоя и резкого глобального потепления климата Земли заслонила другие опасности локального уровня, поджидающие покорителей Арктики в эпоху таяния мерзлоты на шельфе.

Когда обнаружились мощные струи газа в океане, стало понятно, что это создает риск для плавания судов. Если, к примеру, подводная лодка войдет в такую струю, то она просто «провалится» на большую глубину, ведь плотность насыщенной газом воды может быть чуть не вдвое меньше плотности нормальной соленой воды. И корпусу лодки может не хватить запаса прочности, чтобы выдержать давление воды на той глубине, где она снова уравновесится с водной массой.

В изданной в 2009 году в Кембридже монографической сводке «Флюиды на дне моря» норвежскими экспертами приведена фотография метанового пузыря диаметром в 250 метров, всплывшего из морской пучины рядом с нефтяной вышкой в Северном море. Сместись он на сотню метров ближе к вышке - и ее гибель была бы неизбежной!

- Иными словами, опасность реальнее и ближе, чем мы думаем?

- Раньше думалось - необъяснимое происходит только в экзотических местах. В Бермудском треугольнике, например. В той же британско-норвежской монографии, на которую я уже ссылался, всерьез рассматривается гипотеза, объясняющая случаи загадочного исчезновения самолетов в этом «заколдованном» районе Атлантики: возможно, эти самолеты попали в метановую струю, выброшенную со дна моря. Расчеты показывают, что мощные струи могут достигать высоты 2-3 километра, а в столбе метана двигатели внутреннего сгорания моментально глохнут, в результате чего самолет, идущий на небольшой высоте, попросту «ныряет» в море, не успев подать сигнал SOS.

Да что там Бермудский треугольник: в 1923 году в водах Северного моря бесследно исчез рыболовный траулер, и его нашли случайно только в 2007 году норвежские геофизики и телевизионщики. Они гонялись в то время за так называемыми черными курильщиками - специфическими гейзерными системами на дне моря, выбрасывающими вместо кипятка и пара клубы черной копоти, состоящей из смеси сульфидов железа и цинка. Обнаружив при акустическом профилировании дна моря огромную воронку с крупной «колонной» посредине, принятой ими за «дымоход» курильщика, геофизики призвали телерепортеров для съемки сенсационного открытия. Каково же было всеобщее изумление, когда подводная камера позволила разглядеть объект вблизи: это был пропавший траулер, вертикально воткнувшийся в морское дно посередине взрывного кратера, образовавшегося при выбросе со дна моря газового факела…

Голливуд отдыхает

- Готовые сценарии фильмов-катастроф… Обладая таким знанием, невозможно бездействовать. Что-то предпринимается для предупреждения подобных несчастных случаев? Не надо обладать большой проницательностью, чтобы предположить: тут можно что-то сделать только сообща, усилиями многих стран.

- Да, это общемировая проблема, которая касается всех, ведь все страны озабочены безопасностью хозяйственной деятельности в море. Игнорирование ее чревато большими финансовыми и человеческими потерями. Знаковым в этом плане является печальный опыт компании «Бритиш Петролеум», попытавшейся в 2010 году добыть нефть с рекордных глубин. Без тени сомнения в своем техническом потенциале они пробурили скважину до 10 километров в центре Мексиканского залива, однако последовал мощный выброс газа, платформа «Глубокий горизонт» погибла, а в воды залива вылились миллионы тонн нефти. И остановить ее истечение из аварийной скважины долгое время мешали все те же газогидраты, о возможности возникновении которых в этих не изведанных ранее условиях заблаговременно не подумали.

Россия вновь включила, как в 30-е годы, освоение Арктической зоны в число приоритетов национальной стратегии пространственного развития - именно на этот курс нацелена «Стратегия», утвержденная президентом Владимиром Путиным в феврале текущего года. Значит, надо не сворачивать арктические исследования, а бросить на них все доступные силы и средства, чтобы армада бизнесменов-промышленников шла в этот суровый край не вслепую, подвергая риску и природу, и людей.

План первоочередных мероприятий по углублению наших знаний о природе Арктики был составлен в 2008 году специальной рабочей группой ведущих ученых-североведов под руководством вице-президента РАН академика Николая Лаверова (это имя хорошо знакомо старожилам нашего края - он именитый выпускник Кировского горно-химического техникума, кавалер трех высших степеней ордена «За заслуги перед Отечеством»). Среди самых актуальных задач была отмечена необходимость создания баренцевоморской сети мониторинга опасных геодинамических процессов, связанных с газовым дыханием океанического дна. И в качестве базового прототипа для ячеек новой сети был рекомендован уникальный сейсмо-инфразвуковой комплекс «Апатиты», созданный Кольским филиалом Геофизической службы РАН.

Рекомендации РАН были положительно восприняты МЧС РФ и оперативно включены в Федеральную целевую программу «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2015 года», утвержденную правительством РФ 7 июля 2011 года.

- В программу рекомендации включены. А реальное воплощение?

- Согласно этой программе государство намерено выделить в 2013-2015 годах около 33 миллионов рублей на воплощение в жизнь концепции кольских геофизиков. В конце августа на такую сумму был объявлен тендер на обустройство пяти мониторинговых комплексов по периметру Баренцева моря: на полуострове Рыбачий, на острове Колгуев и на архипелагах Шпицберген, Земля Франца-Иосифа и Новая Земля. Ожидается, что новая сеть повысит на порядок надежность регистрации опасных явлений (землетрясений, оползней, откола айсбергов и взрывных выбросов газа). Правда, полностью решить проблему контроля аномальных процессов в недрах нефтегазовых полей на шельфе она не сможет. Для этого нужна аппаратура и технология нового поколения, использующая оптоволоконные системы регистрации акустических и сейсмических сигналов. В конце 80-х годов пионерные изобретения в этом научном направлении были запатентованы Мурманским институтом морской геофизики НПО «Союзморгео», но в кризисные 90-е годы работы не финансировались, а в 2004 году институт и вовсе расформировали. И теперь мировым лидером в производстве и применении донных волоконно-оптических систем стали Англия и Норвегия. К сожалению, эти сети относятся к категории аппаратуры двойного назначения - с одинаковым успехом они отслеживают движение флюидов в недрах и перемещения подводных лодок и боевых кораблей в море.

Запад пока не собирается продавать России такие системы для освещения обстановки в арктических морях, а пригласить сервисные компании из стран НАТО для развертывания их донных сетей в зоне действий Северного флота - это все равно что пустить козла в огород, засаженный капустой. Очевидно, что в интересах национальной безопасности применять на арктическом шельфе надо аппаратуру собственного производства, управляемую российскими профессионалами. К сожалению, практические шаги в этом направлении как со стороны государства, так и со стороны нефтегазовых компаний, получивших лицензии на освоение шельфа, предпринимаются настолько вяло и нескоординировано, что с каждым годом Россия все дальше отстает от конкурентов в масштабах применения «интеллектуальных технологий», повышающих производительность и безопасность нефтегазовых промыслов в Арктике.

Второй «Титаник» никому не нужен

- Пока управленцы будут искать выход из обозначенного тупика, не будет же наука сидеть сложа руки? Можно ли делать что-то еще, в чем российское лидерство не утрачено?

- Да, безусловно, мы стараемся продвинуться там, где западными учеными тропы в неизведанное еще не проторены. К примеру, в применении инновационных технологий в прогнозировании айсберговой опасности вблизи арктических архипелагов. Раньше в российском секторе Арктики этот фактор риска считался несопоставимо более низким, в сравнении, например, с Северной Атлантикой, куда с ледникового купола Гренландии сползают гигантские ледовые языки (об их опасности красноречиво говорит известная всем гибель «Титаника»).

В начале XXI века ситуация изменилась, потому что из-за значительного потепления горные ледники на архипелагах Западной Арктики приобрели повышенную подвижность. Гляциологи говорят о «пульсационном режиме», при котором скорость движения скачкообразно возрастает с 2-3 метров в год до десятков и сотен метров в неделю. В результате этого у берегов Новой Земли и Земли Франца-Иосифа стали появляться «ледовые острова» массой в сотни миллионов тонн. И именно в том районе, где проходят глубоководные трассы Северного морского пути, по которым поплывут в ближайшие годы крупнотоннажные балкеры, танкеры и газовозы из Норвегии и Европы в порты Юго-Восточной Азии.

Для снижения рисков мы предложили применить новый способ постоянного акустического мониторинга процессов растрескивания ледниковых шапок и инновационную технологию обнаружения крупных айсбергов в момент их откола от материнского ледника. Мы можем услышать сигнал об этом событии через несколько минут после схода айсберга в акваторию и запеленговать непрошенного «участника транспортного потока» на стартовой позиции. Это облегчит его дальнейшее отслеживание по космическим снимкам или при помощи радиомаяков, устанавливаемых на айсберге при вторжении его в контролируемый транспортный коридор.

Второй год Кольский региональный сейсмологический центр ГС РАН проводит экспериментальное опробование этой технологии на ледниках Шпицбергена. К этим работам проявляют большой интерес норвежские и польские исследователи, и мы надеемся, что в скором времени наш пилотный проект станет интернациональным. Это даст возможность охватить не только окрестности российского поселка Баренцбург, но и ареалы самых крупных ледовых куполов архипелага. А затем этот опыт будет распространен на все опорные ячейки создаваемой в регионе сети сейсмоинфразвукового мониторинга опасных процессов.