В одном из предыдущих номеров ZN.UA (№19 от 1 июня 2013 г.) была опубликована статья "Сланцевый газ в наших условиях - пузырь газа и много бед". С использованием новых теоретических положений автор статьи впервые обосновал, скажем так, сомнительность проектов по добыче так называемого сланцевого газа. Статья вызвала неоднозначную реакцию читателей, поэтому редакция ZN.UA предоставила автору возможность продолжить эту тему для пояснения особо спорных моментов.
Почему я говорю об обреченности проектов по сланцевому газу? Потому что:
- метан находится в сланцах в жидком состоянии и запечатан, законсервирован потоком жидкости, направленном в узкую часть трещин, где давление чрезвычайно высокое;
- гидроразрыв может разрушить ничтожную долю трещин в прочном сланце и поэтому высвобождает лишь малую долю связанного газа.
Именно эти положения вызвали критику некоторой части читателей ZN.UA. Отдельная благодарность строгим читателям, которые пусть и в грубой форме, но обозначили автору моменты в предыдущей статье, трудные для восприятия. На страницах научной периодики за много лет публикации множества статей на подобную тему так и не возникла дискуссия. Вероятно, из-за того, что открытая демонстрация недопонимания и тем более непонимания или неверной трактовки может быть связана с потерей лица ученого оппонента. Другое дело Интернет: анонимность придает смелости высказываниям и помогает оппоненту сохранить лицо.
Один умный человек из ученых отметил, что открытия в науке происходят тогда, когда человек посмотрит на некое явление, которое видели все, но подумает не так, как все. Это можно назвать и креативностью мышления.
Превращение энергии -
и никакого мошенничества
Возьмем случай подъема воды в стеклянном капилляре. В учебниках причину подъема воды объясняют действием сил поверхностного натяжения, сил смачивания и т.д. Ф.Энгельс, большой путаник в социальной сфере, в физике проявил завидную мудрость, которую современные физики почему-то замалчивают. Он призывал не искать проявления сил, которых можно выдумать множество, а искать превращение одного вида энергии в другой.
Кроме того, Ф.Энгельс не признавал распространения действия второго начала термодинамики (ВНТ) на весь наш мир.
Относительно рассматриваемого случая подъема воды в стеклянном капилляре только талантливый популяризатор науки В.Ланге смог сформулировать вопрос корректно, по Энгельсу: энергия какого вида совершила работу по подъему воды и превратилась в капиллярное давление? Более того, он, в отличие от многих докторов физических наук, нашел правильный ответ: внутренняя энергия воды (т.е. теплота) превращается в механическую энергию.
Вот тут редакторы и цензоры издательства "Просвещение", опубликовавшего для молодежи "Занимательную физику", должны были бы уловить "запах серы", потому что предложено объяснение, противоречащее ВНТ!
Однако нас интересует еще один аспект капиллярного явления - это самопроизвольное движение воды в капилляр, где давление значительно выше. Один строгий оппонент из числа читателей ZN.UA, по его признанию, перерыл весь Google и не нашел ни одного случая, чтобы жидкость двигалась добровольно в область с большим давлением. А ведь не мог не видеть хотя бы в детстве подъема воды в капилляре! Воистину, имеющий глаза да увидит.
Какой вид энергии превращается
в осмотическое давление?
Рассмотрим еще одно общеизвестное явление, при котором происходит движение воды от меньшего потенциала давления в сторону большего. Речь пойдет об осмосе, за объяснение сути которого Вант-Гоффу была вручена Нобелевская премия. Известно, что осмос - это самопроизвольное движение воды через полупроницаемую мембрану в сосуд с водным раствором, сопровождаемое ростом давления в этом сосуде.
Зададимся вопросом в духе Ф.Энгельса: какой вид энергии превращается в осмотическое давление?
Хороший физик, честно получивший в университете "отлично" за курс термодинамики, без посторонней помощи, пожалуй, ответить на этот вопрос не сможет. Точнее, не посмеет. Знаменитый физик А.Эддингтон когда-то строго всех предупредил: "Если окажется, что ваша теория противоречит ВНТ, то вас и вашу теорию ждет бесславный конец". Поэтому "правоверный" физик и в мыслях не смеет посягнуть на священную корову современной науки (ВНТ) и гонит от себя "крамольные" мысли.
Между тем правильный ответ известен: тепловое движение молекул воды в капиллярах мембраны сначала превращается в направленный (энтропоосмотический) поток и затем в осмотическое давление. Рост давления усиливается действием положительной обратной связи, с одной стороны, а разбавление раствора в сосуде действует в качестве отрицательной обратной связи. Когда обратные связи уравновешивают действие друг друга, процесс перетока воды останавливается.
Можно устранить действие этой обратной связи, если предотвратить увеличение объема жидкости в сосуде. Тогда осмотическое давление достигнет большей величины.
Но будет все еще действовать другая отрицательная обратная связь - тепловое хаотическое движение молекул в объеме раствора, разрушающее структуру воды. Ее тоже можно в значительной степени устранить, если создать пространственные затруднения для движения молекул, например, разбить объем на микрощели (см. рис.), т.е. взять глинистый сланец и привести его в контакт с водой. Энтропоосмотический поток воды в межслоевое пространство сланца, усиливаемый положительной обратной связью, может вызывать увеличение давления в образце сланца до десятков и сотен мегапаскалей.
При этом движение воды в направлении большего потенциала давления, а также накопление механической энергии в трещинах горных пород:
- в скважине - обусловливают обрушение стенок;
- в горных выработках апатитовых рудников - вызывают горные удары;
- а в скважине после проведения гидроразрыва в прочных горных породах - приводят к техногенному землетрясению.
…В глубокой древности, когда люди еще не боялись ВНТ и не умели пользоваться Google, они вполне осознанно пользовались в том числе проникающей способностью воды: если им нужно было расколоть каменную глыбу, забивали в трещину деревянный клин, поливали его водой - и в результате происходил естественный гидроразрыв. Без вреда для природы.
Оппонентам на заметку
В адрес автора этой статьи прозвучало обвинение в безграмотности от оппонента, который, вооружившись данными из надежных справочников, сообщает, что газ метан превращается в жидкость при температуре -82,30С. При пластовой температуре, скажем, 500С, по мнению "обвинителя", никакое давление не обеспечит сжижение метана.
Исследователи тем и отличаются от просто образованных людей, что способны видеть то, что считается невидимым. Например, планету Нептун, не наблюдаемую в ХІХ в. в телескоп, Дж. Адамс и Леверье открыли, что называется, "на кончике пера" - по ее влиянию на орбиту Урана.
Но нам интересен другой пример, близкий к теме сланцевого газа. В 50-е годы прошлого века немецкий ученый В.Гимм, оценивая результаты катастрофических выбросов соли и газа в калийных рудниках, пришел к выводу: газ в калийной соли находится в жидком, а может быть, и в твердом состоянии.
Поразмышляйте сами: за десяток-другой секунд в выработанное пространство рудника может быть выброшено в виде мелкой пыли 100 тыс. тонн породы и несколько сотен тысяч кубометров газа. Газ, адсорбированный на поверхности трещин в солевом пласте, такого совершить не может.
Подкрепить гипотезу В.Гимма можно тем, что геологи примерно в 1981 г. обнаружили на глубине 470 м в шельфовых отложениях Каспийского моря при температуре пласта 400С кристаллогидраты метана. Согласно табличным данным, этих гидратов там быть не должно. Однако их рассматривали на ладони, и они с шипением разрушались.
Почему доказать существование жидкого метана в трещинах горных пород сложнее? Потому что получается, как с медом у Винни Пуха: мед если есть, то его сразу же нет. И жидкий метан моментально исчезает, если разрушить трещину в образце горной породы, чтобы его обнаружить.
Следует учитывать, что процессы на микро- и наноуровнях протекают по-другому. Бриллюэн еще в середине прошлого века писал, что на микроуровне ВНТ не применимо. Поэтому может происходить накопление механической энергии в порах и трещинах горных пород и сжижение газов. Свежий пример из ХХІ века: в нанотрубках при нормальной температуре можно хранить и потом использовать как топливо жидкий водород. Вопреки табличным данным.
В науке утвердился подход в отношении новых теорий:
1. Не придумывай теорий без нужды, не умножай сущности сверх необходимого.
2. Новая теория имеет право на жизнь, только если способна объяснить явления, которые попали в разряд аномальных. (Теория энтропоосмоса с этим легко справилась.)
3. Теорию доказать нельзя. Ее принимают как аксиому, на веру.
4. Теорию можно только опровергнуть, если отыскать примеры, когда она не выполняется.
Итак, господа, будем опровергать эту теорию? Практикой добычи газа из сланцев?