Tuần hoàn nước đại dương, quá trình serpentin hóa – khử serpentin và cơ chế hình thành hydro tự nhiên
Giáo sư Albert Harutyunyan
Đại học Bách khoa Quốc gia Armenia
Tổng quan khoa học đầy đủ
Sự tuần hoàn của nước đại dương xuyên qua lớp vỏ Trái đất đóng vai trò quyết định trong quá trình hình thành hydro tự nhiên. Ở vùng vỏ trên, serpentin hóa xảy ra khi nước biển xâm nhập vào các đá siêu mafic, đặc biệt tại các tầng bazan bị nứt vỡ trong vỏ đại dương. Quá trình này, có thể tác động đến lớp vỏ dày 4–5 km, tạo ra hydro thông qua phản ứng giữa nước và các khoáng vật nguồn gốc từ manti. Các quá trình tương tự cũng diễn ra trong vỏ đại dương cổ (Paleocean), tạo ra các khối lượng lớn đá serpentin hiện được bảo tồn ở cả môi trường đại dương và lục địa.
Dưới tác động của kiến tạo mảng toàn cầu, các khối đá serpentin đã được nâng lên và bảo tồn trong nhiều cấu trúc địa chất lục địa. Tại các đới hút chìm hiện đại và cổ đại, khử serpentin (deserpentinization) xảy ra khi nhiệt độ tăng đến khoảng 500°C. Trong điều kiện thể tích khép kín, nước được giải phóng từ đá sẽ trải qua thủy phân tức thời, tạo ra H₂ và O₂. Quá trình này có thể sinh ra áp suất và nhiệt độ cực cao, gây ra hành vi nổ, đồng thời trở thành tác nhân kích hoạt các trận động đất với cường độ khác nhau. Các phản ứng liên quan có thể tạo thành hydrocarbon, hydro sulfua và amoniac, biến thể tích đá thành tiền phòng magma.
Một phần hydro tự do tạo thành sẽ di chuyển lên trên thông qua các đứt gãy sâu trong vỏ Trái đất, tập trung lại trong các tầng đá chứa có độ thấm cao. Hướng di chuyển của hydro có ảnh hưởng đáng kể đến thành phần cuối cùng của nó, bởi hydro có thể phản ứng với vật liệu vây quanh trong quá trình dịch chuyển.
Dưới điều kiện áp suất – nhiệt độ siêu cao, sự khử serpentin cũng có thể đóng góp vào việc hình thành kimberlite và cấu trúc chứa kim cương từ các nguồn vật chất giàu carbonat. Bằng chứng bao gồm kim cương chứa bao thể dầu và nước, cũng như các dòng núi lửa chứa kim cương tại một số khu vực trên thế giới. Các vấn đề này đòi hỏi các phân tích sâu hơn trong những nghiên cứu chuyên ngành.
Từ các quan sát trên, có thể đề xuất rằng quá trình khử serpentin của các đá serpentin là nguồn gốc địa động lực chủ đạo tạo ra:
-
hydro tự nhiên
-
hydrocarbon
-
kimberlite chứa kim cương
-
geofluid
-
núi lửa bùn
-
các kim loại quý và kim loại màu
-
và nhiều sản phẩm địa chất khác được quan sát tại các khu vực trên Trái đất
Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực thăm dò hydro được khuyến khích tiếp tục trao đổi và thảo luận về hướng nghiên cứu này.
Giải thích các câu hỏi kỹ thuật
Nguồn gốc nước sâu trong vỏ Trái đất?
Nước được giải phóng trong quá trình khử serpentin đến từ đá serpentin đã hình thành trong các giai đoạn serpentin hóa trước đó. Khi đá bị nung nóng, nước bị “giải phóng” và ngay lập tức thủy phân thành H₂ và O₂.
Quá trình hóa học hay sự di chuyển vật lý?
-
Serpentin hóa: là phản ứng hóa học giữa nước và khoáng vật siêu mafic, tạo ra lượng hydro ban đầu.
-
Khử serpentin: là quá trình giải phóng nước vật lý, theo sau là thủy phân nhanh tạo ra H₂ và O₂. Lượng hydro này sau đó di chuyển theo các đứt gãy sâu lên phía trên.
Do đó, serpentin hóa tạo hydro ban đầu, còn khử serpentin là cơ chế tiềm năng tạo ra lượng lớn hydro và các sản phẩm địa chất liên quan.
Tài liệu tham khảo chính
(Để dạng văn bản, không dùng liên kết)
-
Harutyunyan A.V., Bdoyan A.A., 1988 – Elastic, density and petrophysical properties of serpentinites…
-
Harutyunyan A.V., 1999 – Mechanism of hydrocarbon formation…
-
Harutyunyan A.V., 2010 – Earth's crust, ophiolites, volcanism…
-
Harutyunyan A.V., 2013 – Geofluids, hydrocarbons, kimberlites, diamonds…
-
Harutyunyan A.V., 2014 – From serpentinization to deserpentinization…
-
Harutyunyan A.V., 2017 – Dehydration of rocks and geofluid sources…
-
Harutyunyan A.V., 2018 – Oceanic water as a source of hydrocarbons and diamond-bearing structures…
-
Harutyunyan A.V., 2021 – Oil and gas potential of Armenia…
9–10. Harutyunyan A.V. et al., 2004, 2008 – Combined genesis of hydrocarbons in various regions…
