Труды Шестопалова А.В.

А.В.Шестопалов (ИПКОН РАН, Москва, Россия)

О МЕХАНИЗМЕ ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНА И ПРОИСХОЖДЕНИИ КАМЕННОГО УГЛЯ

- Доклады VIII Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, РГГРУ, 10-13.04.2007г.) Секция S-I "Секция общей и региональной геологии, стратиграфии, геотектоники, геодинамики". Том 1. - М.: РГГРУ, 2007. - с.409-412.

Процесс саморазрушения стенок скважин и горных выработок, начинающийся с определенной (достаточно большой) глубины от поверхности земли, является бестемпературным, холодным, протекающим при "комнатной" температуре. Механизм образования частиц пыли, газа и флюидов был предложен автором более 20 лет назад [1]. Синтез новых веществ на острие растущей трещины объяснялся в механизме появлением твердотельной диффузионной сверхпроницаемостью. Разработанный механизм дает ответ на вопрос о появлении в горных выработках, так называемого, трансферного рудничного газа (газа не известным способом, через газонепроницаемую среду, попадающего из поры в трещину, а затем в горную выработку). Ответ заключается в том, что газ и проницаемость появляются одновременно вовремя саморазрушения краевой части горного массива, т.е. трансферный газ синтезируется при формировании проницаемости.

Механизм динамических (ДЯ) и газодинамических явлений (ГДЯ) в стенках скважин и горных выработок фрактально, т.е. в некотором роде аналогичен механизму вулкана. Все три механизма напоминают сублимацию - переход из твердого в газообразное минуя жидкую фазу. Механизм вулкана, как это не странно слышать, тоже бестемпературный (холодный). Процесс извержения состоит из происходящих параллельно и одновременно ДЯ и ГДЯ (из горного массива в геологический разлом, образовавшийся в земной коре). Эволюционирующий механизм вулкана в начальной фазе (приращения разлома и образования трещин и других более мелких дефектов) идентичен горному удару (ДЯ) и аналогичен выбросу угля породы и газа (ГДЯ) интегрально (в целом). При выбросе угля и газа в шахте дело, конечно, не доходит до окисления метана, плавления боковых пород и т.п. хотя возгорания и взрывы метана и пыли происходят "регулярно" в угольных шахтах, а если посмотреть в мировых масштабах, то по несколько раз в год и часто заканчиваются пожарами.

Известно, что континенты расходятся, т.е. можно предположить, что наша планета Земля пухнет (набухает) и тектонические разломы продолжают углубляться. При достижении определенной глубины они генерируют те или иные химические элементы. Так в Земной атмосфере появился кислород, происхождение которого ошибочно и по сей день приписывается зеленым растениям. По тому же механизму, что и кислород, на планете когда-то впервые появилась вода, которая в виде ручейков, речушек и горных речек и сегодня течет почти с каждого бугра или другой любой более или менее возвышенности. Древние вулканы должны были быть холодными (ниже температуры плавления горных пород) типа грязевых вулканов, гейзеров, извержений струй газа. В какое-то время, которое потом назовут карбоном, из вулканов выбрасывался углерод, который кристаллизовался в атмосфере и в виде "снежинок" оседал на землю. Уголь образовался не из торфа и не в результате метаморфизма, как это принято считать, а в результате вулканизма. Относительно происхождения нефти пока не ясно почему она не извергается на дневную поверхность подобно водяным родникам, но то, что она тоже генерируется растущими трещинами при соответствующей плотности горного давления (соответствующей глубине от поверхности земли и наличии поверхности обнажения для стока горного давления), у автора сомнения не вызывает. Позднее, в геологическом смысле времени, на смену древним "вулканам" пришел новейший и современный вулканизм. Разломы углубились настолько, что начали генерировать водород, метан и его гомологи, которые при соединении с кислородом горят, плавят горные породы и вулканы стали выглядеть такими как мы их знаем - огнедышащими, со взрывами в кратере, вулканическим пеплом и потоками раскаленной лавы. Последняя поднимается из зоны расплава на дневную поверхность за счет эрлифта вулканических газов. Сегодня лавой ошибочно называют газонасыщенную магму. Она может быть и существует, но из вулканов изливается не магма, а продукты плавления пород залегающих сравнительно на небольшой глубине.

Все случаи самовозгорания угля зарегистрированы ниже границы зоны газового выветривания, т.е. только на глубинах, где начинает проявляться рост трещин - процесс наведенный поверхностью обнажения [2]. При этом на острие растущих трещин генерируется "материнская" вода, которая имеет плотность в разы больше единицы из-за того, что стенки трещины на острие трещины образуют пространство меньше молекулярной поры. Они не позволяют атомам водорода и кислорода расположиться под требуемыми молекулой воды углами. За время пока будущая вода состоит из атомов кислорода и атомов водорода, каким-то образом, происходит окисление водорода или углеводородов (метана и его гомологов) и поджог ("самовозгорание") угольного пласта. Предлагаемые новые представления о самовозгораемости углеводородов были апробированы мною на двух конференциях [3, 4]. Не считая себя в этом плане компетентным, считаю, что обязан обратить внимание специалистов на новые представления о модели атома (так называемые некоторыми исследователями, "бублики" Протодьяконова), в которой электрон вращается не вокруг ядра, а около или рядом с ядром (рис. 1) [5]. Повторяющееся различными авторами независимо друг от друга переизобретение кольцегранного мира придает мне уверенность, что это есть новое знание: Карл Швайгер (1951г., Германия, бывшая ФРГ), М.М.Протодьяконов (1957-75гг., Россия), Кеннет Снельсон (1963-66гг., США), А.Ю.Кушелев (1989г., Россия), Д.Н.Кожевников, С.Е.Полищук и др.

Положительный электрический потенциал максимален в точке, расположенной на плоскости симметрии молекулы кислорода. Туда и устремляется атом водорода. Притягиваясь к ядру кислорода, атом водорода буквально взламывает электронную оболочку молекулы кислорода. Сила взаимодействия электрона с ядром кислорода превышает силу взаимодействия валентных электронов кислорода. В результате молекула кислорода буквально раскалывается, как орех. В образовавшийся промежуток входит электрон атома водорода. Получается молекула диоксида водорода HO₂, в которой с одним из атомов кислорода соединился атом водорода.

Рис. 1. Кольцегранные модели молекул кислорода, гидроксильной группы, воды и получение диоксида водорода и воды в результате окисления атомарного водорода по А.Ю.Кушелеву [5] (моделирование огня с точностью до тысячных долей нанометра без микроскопа).

Эта молекула начинает разламываться, взаимодействуя с молекулой водорода H₂. В результате получается ион ОН- и молекула воды H₂O (отмечена черными нитками). Далее, ион OH- взаимодействует с атомарным водородом, в результате чего образуется еще одна молекула воды. Главная последовательность превращений выглядит так:

Каждое превращение характеризуется своей константой скорости. Кольца скрепляются и удерживаются магнитными силами. Хотя магнитные силы в атомах и молекулах на несколько порядков слабее электрических, они тоже вносят свою лепту, т.е. увеличивают или уменьшают энергию химической связи. Кольцегранные модели молекул, атомов, а возможно и ядер позволяют моделировать наглядно и с невероятной точностью: 10-12 метра [5].

Таким образом, есть три новых идеи для наук о Земле.
1. Уголь (каменный и антрацит) образовался не из торфа и не в результате метаморфизма, как это принято считать, а в результате вулканизма. В какое-то время, которое потом назовут карбоном, из вулканов выбрасывался углерод, который кристаллизовался в атмосфере и в виде "снежинок" оседал на землю. Заполнял долины и ложбины, уплотнялся, покрывался осадочными породами, погружался и становился угольными пластами.
2. Единый механизм самовозгорания вулканов, газо- и нефтедобычных открыто фонтанирующих скважин, угольных пластов и метано-воздушных смесей в горных выработках на острие растущих трещин (упорядоченной системы, так называемой зоны отжима), неотъемлемой части любой поверхности обнажения начиная с глубин порядка границы зоны газового выветривания.
3. Преданное забвению в конце 70-х прошлого века учение М.М.Протодьяконова (млад.) живет и развивается, например, в моделировании химических реакций без микроскопа на масштабном уровне до 0,001 нм, т.е. с пикометрической точностью. То есть, на острие растущей трещины при образовании возможного ряда молекул из атомов водорода и атомов кислорода - например, молекулы воды двумя путями: а) напрямую из атома кислорода и молекулы водорода, б) через диоксид водорода из молекулы кислорода и атома водорода. Других молекул и групп (гидроксильной группы ОН).

Литература
1. Шестопалов А.В., Марченкова Т.Г. Спонтанная вторичная десорбция и образование сильно измельченного угольного вещества при выбросе угля и газа. - Сб. Методы борьбы с рудничными газами и пылью. - М.: ротапринт ИПКОН АН СССР, 1987. - с.85-106 - http://bibliot.edu.mhost.ru/sh/84_.zip
2. Николин В.И., Подкопаев С.В., Каплюхин А.А. и др. Новая гипотеза природы склонности углей к самовозгоранию, учитывающая развитие деформаций генетического возврата. - Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках. / Материалы XIV Международной научной школы им.С.А.Христиановича. - Симферополь: ТНУ им.В.И.Вернадского, 2004. - с.116-118.
3. Шестопалов А.В. О механизме пылегазофлюидодинамики и связи "деформаций генетического возврата" с влажностью и самовозгоранием углей. - Доклад на XV Международной научной школе им.С.А.Христиановича "Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках" (Алушта, 19-25.09.2005г., ТНУ им.В.И.Вернадского).
4. Шестопалов А.В. Происхождение газов, флюидов и супермелонитов при вскрытии массива горных пород на больших глубинах. - Доклад на V Международной научной конференции "Физические проблемы разрушения горных пород" (Санкт-Петербург, 25-29.09.2006г., Санкт-Петербургский государственный горный институт).
5. Кушелев А.Ю. и др. Энциклопедия "Наномир" (электронное издание) - http://subscribe.ru/archive/science.news.nanoworldnews/200612/23132400.html

© 01.03.2007-26.07.2008 Шестопалов А.В.