A global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground waters molecular hydrogen in the Earth’s crust on land
This paper presents a global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground water molecular hydrogen sampling areas in the Earth’s crust on land. The inventory table indicates their regional belonging, the average hydrogen concentration and standard deviation at each po...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/222284 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Репозитарії
Geofizicheskiy Zhurnal| _version_ | 1856543469598670848 |
|---|---|
| author | Rusakov, O.M. |
| author_facet | Rusakov, O.M. |
| author_sort | Rusakov, O.M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-02-16T10:51:13Z |
| description | This paper presents a global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground water molecular hydrogen sampling areas in the Earth’s crust on land. The inventory table indicates their regional belonging, the average hydrogen concentration and standard deviation at each point if concentration exceeds 0.01 %. For information analysis, sampling reservoirs are classified in 5 groups depending on the type of degassing structures. They are ophiolite complexes, geothermal systems, underground waters, ultrabasite massifs, and soils. Samples were taken on 5 continents in 32 countries from 97 reservoirs in 318 sampling areas. The 3481 gas analyzes revealed the presence of hydrogen of different concentrations. The 294 values of R/Ra were presented. All sampling reservoirs are plotted on a world map, which also shows the position of wells in the territory of the former USSR, where hydrogen from underground waters was recorded. In general, most of the reservoirs studied contain hydrogen in small quantities, since on-ly 16 (16.5%) of them have concentration of more than 5 %. The highest concentration of hydrogen (average value of 60.34 %, 7 wells) is in the heads of hydrogeological wells immediately after drilling completion. The concentration of hydrogen in soil near wells is 1070—1600 times less than hydrogen in the wells coming from underground water horizons. Zones of the present-day activation accompanied with intensive geothermal processes generate low concentration hydrogen, whose mean concentration value is 1.6 ± 3.97 % (43 analyses). In soil gases, the hydrogen concentration varies from 0.03 to 0.06% with exception of the Moscow region (0.25 %). The concentration of hydrogen in soil of the zones of active faults varies randomly along the faults depending on the composition of the sedimentary rocks filling them. Only in the zones of active faults during several years of preparation of strong earthquakes in the region hydrogen released to the day surface whose concentration exceeds the background value by 200 times reaching 4 %. The presence of hydrogen in gases with the mantle component was mentioned 14 times in publications mainly due to the values of R/Ra. However, the first integrated study of helium isotopes relationships and seismotomographic data suggests a unique case of occurrence of mantle hydrogen in one of geothermal features of the Yellowstone caldera. The present-day water plays a key role in the formation of hydrogen. Its generation occurs exclusively in the Earth’s crust because of the oxidation of ferrous iron by alkaline water in basic and ultrabasic rocks resulted from various chemical reaction schemes and water vapor always occurrence in magmatic gases where hydrogen is registered 24 times. In rare cases (4), the source of hydrogen in negligible quantities is alkaline water radiolysis or radioactive decay. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:11:44Z |
| format | Article |
| id | journalsuranua-geofizicheskiy-article-222284 |
| institution | Geofizicheskiy Zhurnal |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-07-17T11:11:44Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | journalsuranua-geofizicheskiy-article-2222842021-02-16T10:51:13Z A global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground waters molecular hydrogen in the Earth’s crust on land Глобальная инвентаризация измерений концентрации свободного и растворенного в подземных водах молекулярного водорода в земной коре суши Глобальна інвентаризація вимірювань концентрації вільного і розчиненого в підземних водах молекулярного водню в земній корі суші Rusakov, O.M. free molecular hydrogen the Earth’s crust types of hydrogen reservoirs hydrogen concentration hydrogen formation mechanisms свободный молекулярный водород земная кора типы резервуаров концентрация водорода механизмы образования водорода вільний молекулярний водень земна кора типи резервуарів концентрація водню механізми утворення водню This paper presents a global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground water molecular hydrogen sampling areas in the Earth’s crust on land. The inventory table indicates their regional belonging, the average hydrogen concentration and standard deviation at each point if concentration exceeds 0.01 %. For information analysis, sampling reservoirs are classified in 5 groups depending on the type of degassing structures. They are ophiolite complexes, geothermal systems, underground waters, ultrabasite massifs, and soils. Samples were taken on 5 continents in 32 countries from 97 reservoirs in 318 sampling areas. The 3481 gas analyzes revealed the presence of hydrogen of different concentrations. The 294 values of R/Ra were presented. All sampling reservoirs are plotted on a world map, which also shows the position of wells in the territory of the former USSR, where hydrogen from underground waters was recorded. In general, most of the reservoirs studied contain hydrogen in small quantities, since on-ly 16 (16.5%) of them have concentration of more than 5 %. The highest concentration of hydrogen (average value of 60.34 %, 7 wells) is in the heads of hydrogeological wells immediately after drilling completion. The concentration of hydrogen in soil near wells is 1070—1600 times less than hydrogen in the wells coming from underground water horizons. Zones of the present-day activation accompanied with intensive geothermal processes generate low concentration hydrogen, whose mean concentration value is 1.6 ± 3.97 % (43 analyses). In soil gases, the hydrogen concentration varies from 0.03 to 0.06% with exception of the Moscow region (0.25 %). The concentration of hydrogen in soil of the zones of active faults varies randomly along the faults depending on the composition of the sedimentary rocks filling them. Only in the zones of active faults during several years of preparation of strong earthquakes in the region hydrogen released to the day surface whose concentration exceeds the background value by 200 times reaching 4 %. The presence of hydrogen in gases with the mantle component was mentioned 14 times in publications mainly due to the values of R/Ra. However, the first integrated study of helium isotopes relationships and seismotomographic data suggests a unique case of occurrence of mantle hydrogen in one of geothermal features of the Yellowstone caldera. The present-day water plays a key role in the formation of hydrogen. Its generation occurs exclusively in the Earth’s crust because of the oxidation of ferrous iron by alkaline water in basic and ultrabasic rocks resulted from various chemical reaction schemes and water vapor always occurrence in magmatic gases where hydrogen is registered 24 times. In rare cases (4), the source of hydrogen in negligible quantities is alkaline water radiolysis or radioactive decay. Проведена глобальная инвентаризация измерений концентрации свободного и растворенного в водах молекулярного водорода в земной коре суши с указанием региональной привязки, средней концентрации водорода и ее стандартного отклонения в каждом пункте, если концентрация превышает 0,01 %. Для анализа информации пункты отбора в зависимости от типа дегазирующих структур классифицированы на 5 групп. Они представлены офиолитовыми комплексами, геотермальными системами, подземными водами, массивами ультрабазитов и почвенным воздухом. Образцы отобраны на 5 континентах в 32 странах из 97 резервуаров 318 пунктов. В 3481 анализе газов установлено наличие водорода в разной концентрации. Даны 294 значения R/Ra. Все резервуары нанесены на карту мира, на которой также показано положение скважин на территории бывшего СССР, где зарегистрировано наличие водорода, поступающего из подземных вод. В целом основная масса изученных резервуаров содержит водо- род в небольшом количестве, поскольку только в 16 (16,5 %) из них его концентрация превышает 5 %. Наибольшая концентрация водорода (среднее значение 60,34 %, 7 скважин) зафиксирована в оголовках гидрогеологических скважин непосредствен- но после завершения бурения. Концентрация водорода в почве в окрестностях скважин в 1070—1600 раз меньше концентрации водорода в скважинах, поступающего из подземных водных горизонтов. Зоны современной активизации, сопровождающиеся интенсивными геотермальными процессами, генерируют водород низкой концентрации, в среднем — 1,6 ± 3,97 % (43 измерения). В почвенных газах концентрация водорода колеблется в диапазоне 0,03—0,06 %, за исключением Московской области (0,25 %). Концентрация водорода в почве зон активных разломов изменяется хаотично вдоль нарушений в зависимости от состава заполняющих их осадочных пород. Лишь в зонах активных разломов в течение нескольких лет подготовки в регионе сильных землетрясений зафиксированы выходы водорода на земную поверхность с концентрацией до 4 %, превышающей фоновую до 200 раз. О наличии водорода в составе газов с мантийной компонентой упоминается в 14 публикациях, в основном, исходя из величины R/Ra. Однако первый совместный анализ соотношений изотопов гелия и сейсмотомографических данных позволяет предположить уникальный случай наличия мантийного водорода в одной геотермальной структуре Йеллоустонской кальдеры. Ключевую роль в образовании водорода играет современная вода. Его генерация происходит исключительно в земной коре в результате окисления щелочной водой двухвалентного железа в основных и ультраосновных породах по разным схемам химических реакций; водяной пар всегда входит в состав магматических газов, в которых водород зарегистрирован 24 раза. В единичных (четыре) случая источником водорода в ничтожных количествах является радиолиз щелочной воды или радиоактивный распад. Проведено глобальну інвентаризацію вимірювань концентрації вільного і розчиненого у підземних водах молекулярного водню в земній корі суші із зазначенням їх регіональної прив’язки, середньої концентрації водню і її стандартного відхилення в кожному пункті, якщо концентрація перевищує 0,01 %. Для аналізу інформації пункти відбору залежно від типу дегазуючих структур класифіковані на 5 груп. Вони представлені офіолітовими комплексами, геотермальними системами, підземними водами, масивами ультрабазитів і ґрунтами. Зразки відібрані на 5 континентах у 32 країнах із 97 резервуарів 318 пунктів. У 3481 аналізі газів установлено наявність водню з різними концентраціями. Подано 294 значення R/Ra. Всі резервуари нанесено на карту світу, на якій також показано положення свердловин на території колишнього СРСР, де зареєстровано наявність водню, що надходить із підземних вод. У цілому основна маса вивчених резервуарів містить водню у невеликій кількості, тому що тільки в 16 (16,5 %) з них його концентрація перевищує 5 %. Найбільшу концентрацію водню (середнє значення 60,34 %, 7 свердловин) зафіксовано в оголовках гідрогеологічних свердловин безпосередньо після завершення буріння. Концентрація водню в ґрунті в околі свердловин у 1070—1600 разів менша, ніж водню у свердловинах, що надходить з підземних водних горизонтів. Зони сучасної активізації, що супроводжуються інтенсивними геотермальними процесами, генерують водень низької концентрації, у середньому — 1,6 ± 3,97 % (43 вимірювання). У ґрунтових газах концентрація водню коливається в діапазоні 0,03—0,06 %, за винятком Московської області (0,25 %). Концентрація водню в ґрунті зон активних розломів змінюється хаотично уздовж порушень залежно від складу осадових порід, що їх заповнюють. Лише в зонах активних розломів протягом декількох років підготовки в регіоні сильних землетрусів зафіксовано виходи водню на земну поверхню з концентрацією, яка перевищує фонову до 200 разів, сягаючи 4 %. Про наявність водню у складі газів з мантійною компонентою згадується в 14 публікаціях, в основному, виходячи з величини R/Ra. Однак перший спільний аналіз співвідношень ізотопів гелію і сейсмотомографічних даних дає змогу припустити унікальний випадок наявності водню в одній геотермальній структурі Єллоустонської кальдери. Ключову роль в утворенні водню відіграє сучасна вода. Його генерація відбувається виключно в земній корі в результаті окиснення лужної водою двовалентного заліза в основних і ультраосновних породах за різними схемами хімічних реакцій, а водяна пара завжди наявна у магматичних газах, де водень зареєстрований 24 рази. У поодиноких (чотири) випадках джерелом водню в незначних кількостях є радіоліз лужної води або радіоактивний розпад. S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2020-12-24 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/222284 10.24028/gzh.0203-3100.v42i6.2020.222284 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 42 No. 6 (2020); 59-99 Геофизический журнал; Том 42 № 6 (2020); 59-99 Геофізичний журнал; Том 42 № 6 (2020); 59-99 2524-1052 0203-3100 ru https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/222284/223424 Copyright (c) 2020 Geofizicheskiy Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | free molecular hydrogen the Earth’s crust types of hydrogen reservoirs hydrogen concentration hydrogen formation mechanisms Rusakov, O.M. A global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground waters molecular hydrogen in the Earth’s crust on land |
| title | A global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground waters molecular hydrogen in the Earth’s crust on land |
| title_alt | Глобальная инвентаризация измерений концентрации свободного и растворенного в подземных водах молекулярного водорода в земной коре суши Глобальна інвентаризація вимірювань концентрації вільного і розчиненого в підземних водах молекулярного водню в земній корі суші |
| title_full | A global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground waters molecular hydrogen in the Earth’s crust on land |
| title_fullStr | A global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground waters molecular hydrogen in the Earth’s crust on land |
| title_full_unstemmed | A global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground waters molecular hydrogen in the Earth’s crust on land |
| title_short | A global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground waters molecular hydrogen in the Earth’s crust on land |
| title_sort | global inventory of concentration measurements of free and dissolved in underground waters molecular hydrogen in the earth’s crust on land |
| topic | free molecular hydrogen the Earth’s crust types of hydrogen reservoirs hydrogen concentration hydrogen formation mechanisms |
| topic_facet | free molecular hydrogen the Earth’s crust types of hydrogen reservoirs hydrogen concentration hydrogen formation mechanisms свободный молекулярный водород земная кора типы резервуаров концентрация водорода механизмы образования водорода вільний молекулярний водень земна кора типи резервуарів концентрація водню механізми утворення водню |
| url | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/222284 |
| work_keys_str_mv | AT rusakovom aglobalinventoryofconcentrationmeasurementsoffreeanddissolvedinundergroundwatersmolecularhydrogenintheearthscrustonland AT rusakovom globalʹnaâinventarizaciâizmerenijkoncentraciisvobodnogoirastvorennogovpodzemnyhvodahmolekulârnogovodorodavzemnojkoresuši AT rusakovom globalʹnaínventarizacíâvimírûvanʹkoncentracíívílʹnogoírozčinenogovpídzemnihvodahmolekulârnogovodnûvzemníjkorísuší AT rusakovom globalinventoryofconcentrationmeasurementsoffreeanddissolvedinundergroundwatersmolecularhydrogenintheearthscrustonland |