Горящие горы

Это чудо природы можно наблюдать в предгорьях Урала, на горе Янгантау (в переводе с башкирского означает «горящая гора»), в Азербайджане на священной горе Янардаг (что тоже переводится как «горящая гора»), на горе Янарташ недалеко от Кемера (по-турецки — «горящий камень»). На самом деле горит, конечно, не камень — как правило, загорается природный газ метан, который по расщелинам прорывается на поверхность. В Башкирии на горе Янгантау механизм немного другой — там подземные воды карстовых и битумных пластов отдают растворенные в них горючие газы (почти все летучие углеводороды, сероводород, полисульфиды и др.), и это продолжается более 250 лет. Когда-то наблюдалось и активное горение — остались свидетельства, что, если бросить в расщелину, из которой выходят горючие газы, щепку, она тут же воспламенялась. Сейчас активного горения нет, но известный одноименный курорт по-прежнему использует газы подземных горячих источников для лечения заболеваний.

Однако у горения гор может быть и совершенно иная причина: разложение самого распространенного в земной коре сульфида — пирита (железного колчедана FeS₂). По той же самой причине горят терриконы — отвалы пустых пород, которые достают из недр при различных выработках. Из-за разложения пирита окисляется и крутой берег реки Юрюзани недалеко от Янгантау, возле деревни Мечетлино (красные зоны на рисунке — зоны окисления, которые потом могут перейти в горение).

Берег в этом месте Салаватского района Башкирии сложен в основном битумными пластами. Они стоят вертикально, а не горизонтально, как обычно, поскольку когда-то два пласта столкнулись и поменяли свое положение. Вертикальное положение битумных пластов способствует поступлению влаги и воздуха, а поскольку в них всегда много серобактерий, которые «питаются» пиритом битумных пластов, то при благоприятных условиях они начинают интенсивно размножаться.

Процесс бактериального окислительного выщелачивания пирита включает две тесно связанные и параллельно протекающие стадии: окисление минерала до оксида железа, серы и оксидов серы и окисление образующихся при этом веществ (горение). Все эти реакции протекают самопроизвольно и с большим выделением тепла — иными словами, происходит самонагревание породы. Тионовые бактерии (те, которые питаются серой) только запускают процесс, а дальше температура интенсивно повышается, сера кипит, выделяется пар, и биохимический процесс сменяется химическим. Когда породы прогреваются до 248—261°С, пары серы сами воспламеняются на воздухе, от этого загорается выделяющийся из породы метан, и если есть его постоянный источник, то гора горит долго.

Примерно так же загораются терриконы. Окислительное выщелачивание пирита, содержащегося в углях и глинистых породах, превращает отвал в химический реактор: температура повышается, происходит самовозгорание серы, а за ней и остальной органики — метана, продуктов термической деструкции и газификации горной породы. В лаборатории Донецкого медицинского института поставили интересный опыт: шахтную воду и уголь соединили, за этой смесью наблюдали в микроскоп и измеряли ее температуру. Внешне смесь никак не менялась, зато внутри кипела бурная жизнь. Под воздействием бактерий минерал пирит, окисляясь, дает серную кислоту и двухвалентное железо. Часть серы остается в виде коллоидного раствора бурого цвета и под влиянием бактерий начинает нагреваться, после чего процесс, как уже сказано, из биохимического становится химическим. Приспосабливаясь к теплу, изменяются и бактерии (под микроскопом видно, что они меняют форму).

Горение терриконов — проблема всех шахтерских городов, требующая огромных затрат. Высота терриконов достигает 50—70 метров, объем каждого из них — примерно миллион кубометров. В рыхлых терриконах много органических веществ, туда постоянно поступают воздух и вода, поэтому еще во время отсыпки отвала углесодержащая масса во многих местах разогревается и самовозгорается из-за естественного окисления органических веществ. Тление отвала продолжается десятки лет, причем в атмосферу выделяется около двух десятков вредных веществ: оксид углерода, углекислый газ, сернистый газ, серный ангидрид, сероводород, оксиды азота, серная кислота, аммиак, цианиды, тиоцианиды... Только на территории украинского Донбасса около 1 100 отвалов, в которых складировано более 1 млрд. м³ породы.

Как только не пытаются тушить эти возгорания! Обычно тушат водой, но для терриконов это не годится. Чем больше воды, тем лучше они горят. Между тем начальную стадию их самонагревания можно предотвратить, увеличив рН среды, то есть кислую среду изменить на щелочную. Тогда свяжутся образующиеся серная кислота и оксиды серы и химического реактора не получится. Для этого в воду добавляют гидроксиды, карбонаты натрия и калия, известь.

В любом случае, каковы бы ни были причины горения гор в разных концах света, чуда в этом никакого нет — одна чистая химия.