Ямальский кратер на полуострове Ямал — один из восьми так называемых гигантских кратеров-извержений. (Изображение предоставлено: Александр Луценко / Getty Images)
Таинственные «морозные холмы», разбросанные по Сибири, иногда взрываются, образуя гигантские кратеры. Теперь ученые приблизились к разгадке того, что заставляет эти странные возвышенности лопаться.
Морозные холмы — это участки вечной мерзлоты, которые вздуваются, когда под поверхностью накапливаются жидкости. По данным продолжающихся исследований Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН), существует две различных «системы», которые могут приводить к такому вздутию: открытая и закрытая. В открытой системе вода и газ, скапливающиеся под вечной мерзлотой, перемещаются и выходят на поверхность через трещины. В закрытой системе вода и газ оказываются запертыми в кармане, который надувается, создавая все большее давление на вечную мерзлоту (1).
Открытая система напоминает идею, выдвинутую учеными ранее в этом году. В предварительном обзоре, опубликованном 12 января в базе данных EarthArXiv, ученые утверждали, что природный газ, перемещающийся между коренной породой и лежащей выше вечной мерзлотой, вызывает таяние снизу. Это таяние создает карманы в вечной мерзлоте, где могут накапливаться жидкости, но они не полностью изолированы от газа снизу или от поверхности. Карманы растут по мере поступления газа, что приводит к дальнейшему таянию и увеличению давления, вызывая вздутие грунта (2).
Газ в основном состоит из термогенного метана, который, вероятно, непрерывно образуется как побочный продукт при нагревании органического вещества. «Мы называем это кухней [там внизу], потому что это похоже на готовку, и это создает газ», — сказал профессор экологической геонауки Хельге Хеллеванг из Университета Осло в Норвегии и ведущий автор предварительного обзора, в интервью.
В закрытой системе газ и вода поступают из глубин коренной породы. Жидкости поднимаются и образуют карман внутри вечной мерзлоты, который «окружен замороженными породами со всех сторон», согласно исследователям СО РАН, и поэтому не вытекает наружу.
Несмотря на различия между открытыми и закрытыми системами, нет ничего, что мешало бы одной системе превращаться в другую по мере изменения вечной мерзлоты, сказал Хеллеванг. Открытая система может даже стать закрытой, прежде чем сможет образовать кратер, добавил он.
Ученые все еще не уверены, как именно газ накапливается, чтобы сформировать морозные холмы, но известно, что холмы могут внезапно разрываться, открывая огромные дыры в вечной мерзлоте. Кратер Ямал, имеющий диаметр около 20 метров и глубину 50 метров, является одним из примеров. Пилот вертолета обнаружил этот кратер в 42 километрах от газового месторождения Бованенково на северном полуострове Ямал в России в 2014 году. С тех пор ученые задокументировали еще семь таких гигантских кратеров на полуостровах Ямал и соседнем Гыдане.
Белый медведь идет по склону гигантского морозного холма на российском архипелаге Новая Земия, к северо-западу от полуострова Ямал. (Фото: Maximillian cabinet / Shutterstock)
Исследователи из СО РАН считают, что морозные холмы «взрываются», образуя кратеры, но Хеллеванг не согласен с этим. Взрывы требуют источника зажигания, такого как высокая температура или электричество, но «очень трудно зажечь газ при температуре ниже нуля», сказал он. «Это больше похоже на извержение, чем на взрыв».
Возможно, открытые системы могут создать необходимое давление для извержения, но это потребовало бы очень низких скоростей потока газа из системы, сказал Хеллеванг. Закрытые системы более вероятно могут вызывать извержения, так как они сразу имеют более высокое давление, добавил он.
Обе системы могут иметь повышенный риск извержения по мере повышения температуры и таяния вечной мерзлоты, отметил Хеллеванг. «Изменение климата ослабляет поверхность через таяние сверху», сказал он. В какой-то момент вечная мерзлота становится настолько тонкой, что не может выдерживать давление от газовых карманов ниже, что может вызвать извержения.
Внезапные газовые извержения представляют опасность для людей, живущих на полуостровах Ямал и Гыдан, а также для инфраструктуры, такой как газопроводы. Еще одной серьезной проблемой, по словам Хеллеванга, является то, что «если вечная мерзлота служит крышкой для этого огромного количества метана… то эти кратеры в будущем могут стать путями для утечки большего количества метана». Это могло бы вызвать еще большее потепление, отметил он.
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
