Потепление, осмос и геология региона – причины появления загадочных круглых дыр-кратеров в вечной мерзлоте Ямала, согласно новым исследованиям
Первый найденный кратер в вечной мерзлоте, обнаруженный в 2014 году на полуострове Ямал, Источник: National Geographic / agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Таинственные кратеры, появление которых впервые замечено в вечной мерзлоте Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО – Ямала) десять лет назад, образовались в результате взрывных выбросов замороженного в глубине метана, причиной чего стало изменение давления, вызванное потеплением климата, сообщает новое исследование группы ученых из британского, испанского и португальского университетов. То есть причиной дыр в бездну мерзлоты стало сочетание факторов: необычная геология региона и изменение климата дали толчок процессу, который привел к высвобождению метана из гидратов метана в вечной мерзлоте, – говорится в материале, передающем сообщение, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters .
Ход почти детективного научного исследования
В 2014 году, согласно публикации, появились сообщения о кратере диаметром около 70 метров в самом широком месте, который внезапно появился в вечной мерзлоте Ямала, и в течение последующего десятилетия на Ямале и Гыдане были обнаружены другие кратеры (подобные встречаются и в Якутии).
За годы изучения причин явления появилось много объяснений происхождения кратеров, которые связывают взрывы с накоплением метана под землей из-за таяния вечной мерзлоты или с близостью кратеров к месторождениям природного газа. Но авторы нового исследования решили, что одного только потепления вечной мерзлоты недостаточно, чтобы вызвать взрыв: по их мнению, поверхностное потепление приводит к быстрому изменению давления глубоко под землей, вызывая выброс взрывоопасного газа – метана.
Исследователи решили сначала рассмотреть простой вопрос: были ли взрывы вызваны физическими или химическими процессами?
«Есть только два способа вызвать взрыв, – сказал Хулиан Картрайт, геофизик из Испанского национального исследовательского совета и один из авторов исследования. – Либо происходит химическая реакция, и происходит взрыв, как при взрыве динамита, либо вы накачиваете шину велосипеда, пока она не взорвется – это физика». В случае с кратерами нет никаких доказательств того, что взрывы были вызваны химическими реакциями, поэтому у них должен был быть физический источник. «И тогда вы задумываетесь – что это за насос, который накачивает вашу велосипедную шину?» – отметил исследователь.
Вверху – фото кратера, обнаруженного в 2014 году (источник: National Geographic); в центре – схематическое изображение предполагаемого увеличения криопэга; внизу – схематическая иллюстрация движения воды с поверхности в криопэг / agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Новая идея
Учёные решили, что «насосом» выступил осмос – физический процесс, когда жидкость проходит через естественный фильтр, а растворенные в ней вещества – нет. Классический пример осмоса – соленая вода: если существует барьер, который пропускает воду, но не соль, то на той стороне, где остается соль, по мере передвижения воды может вырастать давление.
Толстая глинистая вечная мерзлота Ямальского полуострова в данном случае выступает как осмотический барьер, причём потепление меняет свойства этого барьера: слой мерзлоты толщиной от 180 до 300 метров остается замороженным в течение всего года, а поверхностный слой почвы над ним оттаивает и снова замерзает в зависимости от сезона.
В толще вечной мерзлоты находятся необычные слои незамерзающей воды с высокой соленостью – криопэги, которые остаются жидкими благодаря сочетанию давления и концентрации соли. Под криопэгами расположены слои кристаллизованных метано-водных соединений – метановые гидраты (о газовых гидратах недавно подробно и любопытно писал GoArctic) – они находятся в стабильном состоянии, определяемом высоким давлением и низкой температурой.
Но потепление нарушает стабильность этих слоёв: вода, образующаяся от растепления поверхностного слоя, попадает в криопэг, но там недостаточно места для дополнительной воды, поэтому давление нарастает; оно создает трещины в почве; трещины, в свою очередь, вызывают внезапное падение давления на глубине; этот перепад давления повреждает метановые гидраты под криопэгом, взрывным образом высвобождая метан. Этот процесс может занимать десятилетия.
Как утверждают учёные, время, когда начали обнаруживаться кратеры в вечной мерзлоте, совпадает с временной шкалой усиления потепления климата, начавшегося в 1980-х годах. «Это может быть очень редким явлением, – отметил один из исследователей. – Но количество выбрасываемого метана способно оказать довольно большое влияние на глобальное потепление».
При дальнейшей работе планируется исследовать объемы газа, которы высвобождаются при взрывах, и их потенциальную высоту подъема в атмосферу; количество существующих в настоящее время криопэгов, и то, когда именно происходят взрывы чаще всего – летом или сразу после него.
Процесс образования кратеров. Изображение: AGU/Madeline Reinsel