Өмнө нь цусны даралт ихсэх үү?

2024 Зохиолч: Seth Attwood | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-16 16:12

Технологийн чиглэлээр ажилладаг олон бие даасан судлаачдад асуултууд байдаг. Тэдний нэг хэсэг нь өнгөрсөн үеийн дэлхийн нөхцөл байдал одоогийнхтой тохирч байвал боломжит технологийг судалж байна. Бусад нь дэлхийн нөхцөл байдлыг өөрчлөхийг санал болгож байгаа боловч тэр үед дэлхий дээр байсан технологитой уялддаггүй. Дашрамд хэлэхэд энэ сэдэв сонирхолтой юм.

Тиймээс даралтын өөрчлөлт нь бүх бодисын шинж чанарыг өөрчлөхөд хүргэдэг бөгөөд физик, химийн урвалууд огт өөр замаар явагддаг. Одоо хэрэгжиж байгаа техникүүд ашиггүй эсвэл бага зэрэг ашиглагдаж, идэвхгүй, бага ашиглагддаг техникүүд нь хэрэг болж байна.

Ган, тоосго (шаазан), цахилгаан болон бусад олон төрлийн үйлдвэрлэлийн дэвшилтэт техникүүдийн талаар маш их судалгаа хийсэн. 200-300 жилийн өмнө соёл иргэншлийг маш хурдан гүйцэж түрүүлсэн уналтыг хүн бүр гайхдаг.

Даралтын талаар бид юу мэддэг вэ? Бидэнд ямар баримт байгаа вэ? Бид ямар онолыг мэддэг вэ?

Би Ларины онолоос эхэлмээр байна. Энэ бол дэлхийн бүтэц нь метал-гидрид гэсэн түүний онол бөгөөд энэ нь өмнө нь дэлхий дээрх даралт одоогийнхоос өндөр байсан онолыг бий болгох эхлэлийн цэг юм. Бид олон нийтэд нээлттэй эх сурвалжийг ашиглах болно.

Дэлхийн хамгийн гүн нуур болох Байгаль нуурыг бид бүгд мэднэ. Хамгийн гол нь мэдээ уншаарай

Гайхамшигт хий чийгшүүлнэ

Далайн гүн дэх өвөрмөц "Мир-1", "Мир-2" хөлөг онгоцууд экспедицийн гурван улирлын турш 180 орчим удаа шумбаж, Байгаль нуурын ёроолоос олон олдвор олж, олон арван, магадгүй зуу зуун олдворуудыг бий болгосон. шинжлэх ухааны нээлтүүдийн тухай.

Байгаль нуур дахь "Миры" экспедицийн шинжлэх ухааны удирдагч Александр Егоров хамгийн гайхалтай нээлтүүд нь Байгаль нуурын ёроолд нээгдсэн байгалийн хий, нефтийн илрэлийн хамгийн гэнэтийн хэлбэрүүдтэй холбоотой гэж үзэж байна. Харин Эрхүүгийн Лимнологийн хүрээлэнгийн ажилтнууд тэднийг нэлээд эрт илрүүлсэн боловч энэ нь юу болохыг ойлгох, нүдээр харах боломжгүй байв.

"2008 онд анхны экспедицийн үеэр бид Байгаль нуурын ёроолоос хачин жигтэй битумын байгууламж олсон" гэж эрдэмтэн хэлэв. - Ийм барилга байгууламж үүсэх механизмд хийн гидратууд ихээхэн үүрэг гүйцэтгэдэг. Магадгүй ирээдүйд бүх эрчим хүчийг далайн гүнээс гаргаж авах хийн гидратууд дээр барьж болно. Байгаль дээр ч ийм үзэгдэл байдаг.

2009 онд 1400 метрийн гүнд ёроолд ил гарсан хийн гидратуудын талаар чухал нээлт хийсэн - Санкт-Петербургийн усан доорх шавар галт уул. Энэ нь Мексикийн булан болон Ванкуверын ойролцоох эргийн дараа дэлхийн гурав дахь газар байв.

Ер бусын үзэгдэл бол ихэвчлэн хийн гидратууд нь хур тунадасаар цацагддаг бөгөөд харагдахгүй байдаг тул усан доорх тээврийн хэрэгслийн тусламжтайгаар тэдгээрийг судлах боломжгүй байдаг. Мира хөлөг онгоцыг удирдаж байсан эрдэмтэд үүнийг харж, олж авч, өвөрмөц судалгаа хийж чадсан.

Бид анх удаа даралтгүй саванд хийн гидрат авч чадсан; өмнө нь дэлхий дээр өөр хэн ч үүнийг хийж чадахгүй байсан. Энэ бол ёроолоос хийн гидрат олборлох сургуулилт гэж би бодож байна.

Үүнээс гадна усанд шумбах үеэр эрдэмтдийн өмнө гайхалтай физик үзэгдлүүд болсон. Хавханд гацсан хийн бөмбөлгүүд гэнэт хийн гидрат болж хувирч эхэлсэн бөгөөд дараа нь гүн багасах тусам судлаачид тэдгээрийн задралын явцыг ажиглаж чаджээ.

Бид бусад мэдээг уншиж, гол зүйлийг онцолж байна

Байгаль нуурын гүн рүү дахин буусны дараа эрдэмтэд түүний ёроолыг алтан гэж нэрлэж эхлэв. Өвөрмөц түлш болох хийн гидратуудын ордууд нь хамгийн доод хэсэгт, асар их хэмжээгээр байрладаг. Тэднийг газар дээр нь гаргах нь маш их асуудалтай.

Тэд үүнийг хараад нүдэндээ ч итгэсэнгүй. Гүн нь 1400 метр юм. Мирас Ольхон хотын ойролцоо шумбаж дуусаж байх үед усан онгоцны нисгэгч болон Эрхүүгийн Лимнологийн хүрээлэнгийн эрдэмтдийн хоёр ажиглагчийн анхаарлыг хатуу чулуулгийн ер бусын давхарга татав. Эхлээд тэд гантиг гэж бодсон. Гэвч шавар, элсний доор тунгалаг бодис гарч ирсэн нь мөстэй маш төстэй юм.

Бид илүү анхааралтай ажиглавал эдгээр нь хийн гидратууд болох ус ба метан хийнээс бүрдэх талст бодис, нүүрсустөрөгчийн эх үүсвэр болох нь тодорхой болсон. Тиймээс эрдэмтэд үүнийг Байгаль нуурт байдаг гэж таамаглаж байсан ч, бараг ямар газар байдаг гэж өөрсдийн нүдээр харж байгаагүй. Манипуляторын тусламжтайгаар дээжийг нэн даруй авсан.

"Бид олон жилийн турш далайд ажиллаж, хайж байна. Ийм экспедицүүд олдох зорилготой байсан. Бид ихэвчлэн жижиг оруулга олдог. Гэхдээ ийм давхарга … алт ямар байх нь хамаагүй. Энэ шумбалтад гартаа атгасан. Тийм учраас миний хувьд гайхалтай сэтгэгдэл төрүүлсэн "гэж Оросын баатар, далайн гүн дэх Мир хөлөг онгоцны нисгэгч Евгений Черняев хэлэв.

Эрдэмтдийн нээлт сэтгэл хөдөлгөсөн. Мирагийнхан өнгөрсөн зун энд байсан ч юу ч олсонгүй. Энэ удаад бид мөн хийн галт уулуудыг харж чадсан - эдгээр нь Байгаль нуурын ёроолоос метан ялгардаг газрууд юм. Ийм гейзерүүдийг цуурай дуудагчаар авсан зургуудаас тод харж болно.

"2000 онд Байгаль нуурын дунд хэсгийг судалж байхдаа бид Санкт-Петербургийн шавар галт уулын байгууламжийг олсон. 2005 онд бид энэ шавар галт уулын орчимд 900 метрийн өндөртэй хийн бамбар илрүүлсэн. Мөн өнгөрсөн жилүүдэд., бид энэ бүс нутагт хийн бамбарыг ажиглаж байна." гэж Оросын ШУА-ийн Сибирийн салбарын Лимнологийн хүрээлэнгийн ус судлалын лабораторийн эрхлэгч, Байгаль нуур дахь "Мира" экспедицийн гишүүн Николай Гранин тайлбарлав..

Шинжээчдийн үзэж байгаагаар хийн гидрат нь газрын тос, байгалийн хийн хайгуулын бүх эх үүсвэртэй ижил хэмжээний нүүрсустөрөгч агуулдаг. Тэднийг дэлхий даяар эрэн сурвалжилж байна. Тухайлбал, эдгээр ашигт малтмалын хомсдолтой Япон, Энэтхэгт. Байгаль нуурын хийн гидратуудын нөөц Эрхүү мужийн хойд хэсэгт орших Ковыктагийн томоохон ордын хийн нөөцтэй ойролцоо гэж эрдэмтэд үзэж байна.

"Хийн гидрат бол ирээдүйн түлш. Хэн ч үүнийг Байгаль дээр олборлохгүй. Гэхдээ далайгаас олборлох болно. 10-20 жилийн дараа болно. Энэ нь үндсэн чулуужсан түлш болно" гэж тус компанийн захирал Михаил Грачев хэлэв. SB RAS-ийн Лимнологийн хүрээлэн гэдэгт итгэлтэй байна.

Нуурын ёроолоос хийн гидратыг өргөх боломжгүй болсон. Байгаль нуурын гүнд өндөр даралт, бага температурт тэдгээр нь хатуу хэвээр үлддэг. Нуурын гадаргууд ойртох үед дээжүүд дэлбэрч, хайлсан.

Хэдэн цагийн дараа Мир-1 ба Мир-2 далайн гүний шумбагч онгоцууд Байгаль нуурт шинэ шумбалт хийнэ. Экспедицийн гишүүд Ольхон хаалганы хайгуулаа үргэлжлүүлнэ. Эрдэмтэд ариун нуур нь тэдний тайлах ёстой өөр олон нууцыг хадгалдаг гэдэгт итгэлтэй байна.

Металл гидридийн талаар уншъя

Устөрөгчийн металлын систем

Устөрөгчийн металлын системүүд нь хэд хэдэн үндсэн физик шинж чанарыг судлахад ихэвчлэн прототип болдог. Устөрөгчийн атомын электрон шинж чанарын туйлын энгийн байдал, бага масс нь үзэгдлийг микроскопийн түвшинд шинжлэх боломжийг олгодог. Дараах ажлуудыг авч үзнэ.

Хүчтэй электрон-ионы харилцан үйлчлэлийг багтаасан устөрөгчийн бага концентрацитай хайлш дахь протоны ойролцоо электрон нягтыг өөрчлөх.

Металл матриц дахь шууд бус харилцан үйлчлэлийг "электрон шингэн" -ийн цочрол, болор торны хэв гажилтаар тодорхойлох.

Устөрөгчийн өндөр концентрацитай үед стохиометрийн бус найрлагатай хайлш дахь металл төлөв байдал үүсэх асуудал үүсдэг.

Устөрөгчийн металлын хайлш

Металл матрицын завсрын хэсэгт байрлах устөрөгч нь болор торыг сул доройтуулдаг. Статистикийн физикийн үүднээс авч үзвэл харилцан үйлчлэгч "торон хий"-ийн загвар хэрэгждэг. Фазын шилжилтийн цэгүүдийн ойролцоох термодинамик ба кинетик шинж чанарыг судлах нь онцгой анхаарал татаж байна. Бага температурт тэг цэгийн чичиргээний өндөр энергитэй, шилжилтийн далайц ихтэй квант дэд систем үүсдэг. Энэ нь фазын өөрчлөлтийн үед квант нөлөөллийг судлах боломжтой болгодог. Метал дахь устөрөгчийн атомын өндөр хөдөлгөөн нь тархалтын процессыг судлах боломжийг олгодог. Судалгааны өөр нэг чиглэл бол устөрөгчийн металлтай харилцан үйлчлэлийн гадаргуугийн үзэгдлийн физик, физик хими юм: устөрөгчийн молекулын задрал, атомын устөрөгчийн гадаргуу дээр шингээлт. Устөрөгчийн анхны төлөв нь атом, эцсийн төлөв нь молекул байх тохиолдолд онцгой анхаарал хандуулдаг. Металл-устөрөгчийн метастабил системийг бий болгоход энэ нь чухал юм.

Устөрөгч - металлын системийг ашиглах

Устөрөгчийн цэвэршүүлэх ба устөрөгчийн шүүлтүүр

Нунтаг металлурги

Цөмийн реакторт металл гидридийг зохицуулагч, тусгал гэх мэт ашиглах.

Изотопын тусгаарлалт

Fusion реакторууд - тритиумыг литийээс гаргаж авах

Усны диссоциацийн төхөөрөмж

Түлшний эс ба зайны электродууд

Металл гидрид дээр суурилсан автомашины хөдөлгүүрт устөрөгчийн агуулах

Металл гидрид дээр суурилсан дулааны насосууд, түүний дотор тээврийн хэрэгсэл, гэрт зориулсан агааржуулагч

Дулааны цахилгаан станцын эрчим хүчний хувиргагч

Металл хоорондын гидрид

Металл хоорондын нэгдлүүдийн гидридийг үйлдвэрлэлд өргөнөөр ашигладаг. Цэнэглэдэг батерей, аккумляторуудын дийлэнх нь, жишээлбэл, гар утас, зөөврийн компьютер (зөөврийн компьютер), гэрэл зураг, видео камер зэрэг нь металл гидрид электрод агуулдаг. Эдгээр батерейнууд нь кадми агуулаагүй тул байгаль орчинд ээлтэй.

Металл гидридийн талаар илүү ихийг уншиж болох уу?

Юуны өмнө метал дахь устөрөгчийг уусгах нь түүнийг металлын атомуудтай холих нь энгийн зүйл биш юм - энэ тохиолдолд устөрөгч нь зөвхөн нэг л байдаг электроноо уусмалын нийтлэг гахайн банкинд өгдөг. туйлын "нүцгэн" протон хэвээр байна. Мөн протоны хэмжээсүүд нь ямар ч атомын хэмжээнээс 100 мянга дахин (!) жижиг бөгөөд энэ нь эцсийн дүндээ (протоны цэнэг ба массын асар их концентрацитай хамт) бусад атомуудын электрон бүрхүүлд гүн нэвтрэх боломжийг олгодог. (нүцгэн протоны энэ чадвар нь туршилтаар аль хэдийн батлагдсан). Гэхдээ протон нь өөр атом руу нэвтэрч, энэ атомын цөмийн цэнэгийг нэмэгдүүлж, электронуудын таталцлыг нэмэгдүүлж, улмаар атомын хэмжээг бууруулдаг. Тиймээс метал дахь устөрөгчийг уусгах нь хичнээн парадоксик мэт санагдаж байсан ч ийм уусмалыг сулруулахгүй, харин эсрэгээр анхны металлыг нягтруулахад хүргэдэг. Хэвийн нөхцөлд (өөрөөр хэлбэл, хэвийн атмосферийн даралт ба өрөөний температурт) энэ нөлөө нь үл тоомсорлодог боловч өндөр даралт, температурт энэ нь мэдэгдэхүйц юм.

Таны уншсан зүйлээс харахад гидрид оршин тогтнох нь бидний цаг үед боломжтой юм.

Одоо байгаа нөхцөлд явагдаж буй урвалууд нь зарим бодисууд газар дээрх даралт ихсэх үед үүссэн болохыг баталж байна. Жишээлбэл, хөнгөн цагаан гидрид авах урвал. "Удаан хугацааны туршид хөнгөн цагааны гидридийг элементүүдийн шууд харилцан үйлчлэлээр гаргаж авах боломжгүй гэж үздэг байсан тул нийлэгжүүлэхэд дээрх шууд бус аргуудыг ашигласан. Гэвч 1992 онд Оросын хэсэг эрдэмтэд гидридын шууд нийлэгжилтийг хийжээ. устөрөгч, хөнгөн цагаанаас өндөр даралт (2 ГПа-аас дээш) ба температур (800 К-ээс дээш) ашигладаг. Урвалын маш хүнд нөхцөл байдлаас шалтгаалан энэ арга нь зөвхөн онолын үнэ цэнэтэй юм." Алмазыг бал чулуу болгон хувиргах урвалын талаар хүн бүр мэддэг бөгөөд катализатор нь даралт эсвэл түүний байхгүй байх явдал юм. Үүнээс гадна өөр даралттай бодисын шинж чанарын талаар бид юу мэддэг вэ? Бараг юу ч биш.

Харамсалтай нь бид өндөр даралтын үед бодисын химийн болон физик шинж чанарын өөрчлөлттэй холбоотой хуулийн онолыг хараахан эзэмшээгүй байна, жишээлбэл, хэт өндөр даралтын термодинамик байхгүй байна. Энэ чиглэлээр туршилт хийгчид онолчдоос илт давуу талтай. Сүүлийн 10 жилийн хугацаанд эмч нар хэт их дарамтанд хэвийн нөхцөлд боломжгүй олон урвал явагддагийг харуулж чадсан. Тиймээс 4500 бар ба 800 хэмд нүүрстөрөгчийн дутуу исэл ба устөрөгчийн сульфид агуулагдах элементүүдээс аммиакийн нийлэгжилт 97% -ийн гарцтай явагдана.

Гэсэн хэдий ч ижил эх сурвалжаас бид Дээрх баримтууд нь хэт өндөр даралт нь цэвэр бодис ба тэдгээрийн хольцын (уусмал) шинж чанарт маш чухал нөлөө үзүүлдэг болохыг харуулж байна. Бид энд дурдсан нөлөөний зөвхөн өчүүхэн хэсгийг л дурдлаа. химийн урвалын явцад нөлөөлдөг өндөр даралт (ялангуяа зарим фазын тэнцвэрт байдалд даралтын нөлөөлөл.) Энэ асуудлыг илүү нарийвчлан авч үзэхийн тулд бодисын зуурамтгай чанар, цахилгаан, соронзон шинж чанарт үзүүлэх даралтын нөлөөллийн талаархи мэдээллийг багтаасан болно..

Гэхдээ ийм мэдээллийг танилцуулах нь энэ товхимолын хамрах хүрээнээс гадуур юм. Хэт өндөр даралттай металл бус металлын шинж чанар нь ихээхэн сонирхол татдаг. Үндсэндээ эдгээр бүх тохиолдолд бид атомын өдөөлтийг ярьж байгаа бөгөөд энэ нь бодис дахь чөлөөт электронууд гарч ирэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь металын онцлог шинж юм. Жишээлбэл, 12,900 атм ба 200 хэмд (эсвэл өрөөний температурт 35,000) шар фосфор нь илүү нягтралтай өөрчлөлт - хар фосфор болж хувирдаг нь мэдэгдэж байгаа бөгөөд энэ нь шар фосфор (металл гялалзах, өндөр гялбаа) -д байхгүй металл шинж чанарыг харуулдаг. дамжуулах чанар). Теллурын хувьд ижил төстэй ажиглалт хийсэн. Үүнтэй холбогдуулан дэлхийн дотоод бүтцийг судлах явцад олж илрүүлсэн нэг сонирхолтой үзэгдлийг дурдах хэрэгтэй.

Дэлхийн радиусын хагастай тэнцэх гүнд дэлхийн нягт огцом нэмэгддэг нь тогтоогдсон. Одоогоор дэлхийн бүх улс орны олон зуун лабораториуд хэт өндөр даралттай бодисын янз бүрийн шинж чанарыг судалж байна. Гэсэн хэдий ч 15-20 жилийн өмнө ийм лаборатори маш цөөхөн байсан."

Эрт дээр үед цахилгаан эрчим хүчийг ашиглаж, мөргөлийн газрууд практик зорилготой байсан тухай зарим судлаачдын мэдэгдлийг одоо бид огт өөрөөр харж болно. Яагаад? Даралт ихсэх тусам бодисын цахилгаан дамжуулах чанар нэмэгддэг. Энэ бодис нь агаар байж болох уу? Бид аянгын талаар юу мэддэг вэ? Дарамт ихэссэн нь их юмуу цөөхөн байсан гэж бодож байна уу? Тэгээд дэлхийн соронзон орныг нэмбэл бид зэс бөмбөлөгтэй цахилгаанжсан салхи (агаар) ямар нэгэн зүйл хийж чадахгүй гэж үү? Энэ талаар бид юу мэдэх вэ? Юу ч биш.

Агаар мандлын өндөрт хөрс ямар байх ёстой вэ, түүний найрлага ямар байхыг бид ажиглаж үзье. Гидрид нь хөрсний дээд давхаргад байж болох уу, эсвэл даралт ихсэх үед ямар гүнд байх вэ? Бид аль хэдийн уншсанчлан гидридийн хэрэглээний талбар нь өргөн цар хүрээтэй юм. Хэрэв бид урьд өмнө гидрид олборлох боломжтой байсан гэж үзвэл (эсвэл урьд өмнө асар том ил уурхай зүгээр л гидрид олборлодог байсан болов уу?), Дараа нь янз бүрийн материалыг үйлдвэрлэх арга нь өөр байсан. Эрчим хүчний салбар ч гэсэн өөр байх байсан. Үүсгэсэн статик цахилгаанаас гадна хийн гидрид, металл гидридийг хуучин хөдөлгүүрт ашиглах боломжтой болно. Агаарын нягтыг харгалзан үзвэл яагаад нисдэг виманууд байдаггүй юм бэ?

Гаригийн хэмжээний гамшиг тохиолдсон гэж бодъё (энэ нь дэлхий дээрх даралтыг өөрчлөхөд хангалттай) бөгөөд материйн мөн чанарын талаархи бүх мэдлэг ашиггүй болж, олон тооны хүний гарсан гамшиг тохиолддог. Гидридийн задралын үед устөрөгчийн огцом ялгаралт үүсч, дараа нь устөрөгч, металл, шинэ нөхцөлд тогтворгүй болсон аливаа бодисыг асаах боломжтой болно. Сайн ажиллаж байгаа салбар бүхэлдээ сүйрч байна. Устөрөгчийн шаталт нь ус, уур үүсэхэд хүргэдэг (үерийг дэмжигчид сайн уу) Мөн бид өнгөрсөн 200-300 жилийн өмнө морины зүтгүүртэй, шинээр бий болсон нөхцөлд бүх туршилт, нээлтүүдтэй танилцсан. хүрээлэн буй ертөнц.

Одоо бид өнгөрсөн үеийн дурсгалуудыг биширч, дахин давтаж чадахгүй. Гэхдээ тэд тэнэг эсвэл тэнэг учраас биш, харин өмнө нь өөр нөхцөл байдал, үүний дагуу тэдгээрийг бий болгох өөр аргууд байж болох байсан.