1128
На полуострове у Полярного круга в глуши на равнине вечной мерзлоты появилось несколько огромных язв, из глубин которых извергается нечто непредсказуемое, что беспокоит ученых.
Это был внезапный взрыв, который впоследствии оставил на замерзшей равнине большое круглое глубокое отверстие-кратер с грубыми и неровными внутренними стенками.
На внешнем краю этого большого круглого кратера находилась серая насыпь из смешанного битого льда и мерзлотной грязи. Растения, только что появившиеся из земли по краям ямы, имели следы ожогов на корнях. Это дает нам представление о значительной силе, с которой извергался этот большой кратер в центральной части Сибирской Арктики, когда он образовался.
Если смотреть с воздуха, то обнажившаяся после взрыва почва резко контрастирует с окружающей зеленой тундрой и черными озерами. Внутренняя часть цилиндрического кратера почти черная от обнаженной почвы и скальных пород, и к тому времени, когда ученые добрались до него, на дне уже скопилась вода.
Евгений Чувилин, геолог из Сколковского института науки и технологий в Москве, был одним из ученых, которые добрались до полуострова Ямал в северо-западной Сибири, чтобы обследовать кратер в этой чрезвычайно удаленной части света. Кратер глубиной 50 метров может стать ключом к разгадке тайны, которая преследует его уже шесть лет, с тех пор как на полуострове Ямал был обнаружен первый загадочный кратер.
Кратер шириной около 20 метров и глубиной 52 метра находится примерно в 42 километрах от Бованенковского газового месторождения на полуострове Ямал и был обнаружен пилотом, когда над ним пролетал вертолет в 2014 году. Ученые, отправившиеся в экспедицию, считают, что эта воронка - совершенно новая особенность сибирской вечной мерзлоты. Еще одним ученым, отправившимся в поездку в том году, была Марьяна Лейбман, главный научный сотрудник Института криосферы Земли, которая изучает сибирскую вечную мерзлоту более 40 лет. Анализ спутниковых снимков кратера, который теперь носит номер GEC-1, позже показал, что глубокий кратер образовался где-то между 9 октября и 1 ноября 2013 года.
В августе 2020 года во время экспедиции на полуостров Ямал телевизионная съемочная группа и группа ученых из Российской академии наук вместе с местными властями с самолета обнаружили последний кратер, доведя общее число огромных глубоких кратеров, уже обнаруженных на полуострове Ямал и соседнем полуострове Гидан, до 17.
Ученые из Института нефти и газа Российской академии наук во время экспедиции на полуостров Ямал в августе 2020 года прибывают к последнему открытию кратера.
Ученые из Института нефти и газа Российской академии наук во время экспедиции на полуостров Ямал в августе 2020 года, прибывшие на вновь обнаруженные карьеры.
Какие силы вызывают появление такого количества кратеров в вечной мерзлоте Северо-Западной Азиатской Арктики? И как эти огромные кратеры вдруг начали извергаться? Это остается во многом необъяснимым и загадочным природным явлением.
И вопрос о том, как появление этих кратеров повлияет на будущее Арктики и людей, которые здесь живут и работают, остается без ответа. Для многих исследователей Арктики появление кратеров - тревожный знак того, что в этой чрезвычайно холодной и необитаемой части крайнего севера планеты происходит нечто фундаментальное.
Однако последние исследования начинают проливать свет на это явление. Несомненно то, что эти выбоины не образуются в результате постепенного опускания слоя вечной мерзлоты под поверхностью земли по мере ее таяния и движения. Выбоины образовались в результате взрыва.
Когда произошел взрыв, большие куски почвы и льда были отброшены на сотни метров от центра взрыва", - говорит Жувелин. То, что мы видим здесь, - это огромное подземное давление, вырывающееся наружу. Почему давление было таким высоким, до сих пор остается загадкой".
Жувилин является частью группы российских ученых, изучающих это явление, которые вместе с учеными со всего мира часто приезжают на место этих кратероподобных ям для сбора образцов и измерения данных в надежде узнать больше о том, что происходит со слоем вечной мерзлоты под поверхностью земли.
Некоторые ученые сравнивают эти кратеры в зоне вечной мерзлоты с ледяными вулканами на внеземных телах. Последние извергают не лаву, а ледяную магму, и первоначально ученые считали, что ледяные вулканы существуют только на далеких замерзших телах, таких как Плутон в нашей Солнечной системе, луна Сатурна Титан и карликовая планета Церера. Но по мере изучения все большего количества арктических кратеров на разных этапах их эволюции, ученые теперь считают, что кратер на полуострове Ямал является "кратером, извергающим газ". Это название дает некоторые подсказки о том, как образовались кратеры на полуострове Ямал.
Анализ спутниковых снимков показывает, что извержение с земли привело бы к образованию большого кратера в ледяной насыпи или кургане земли", - сказал Ювирин.
Ледяной курган (пинго) - это конусообразный курган в арктической тундре, где вечная мерзлота толкается водой, протекающей под поверхностью, и когда вода начинает замерзать, мерзлота расширяется и поднимается, образуя ледяной курган. Курганы увеличиваются и уменьшаются в размерах в зависимости от времени года. В России на местном якутском языке ледяные курганы называют "булгунняхами". Возраст некоторых ледяных курганов, найденных в Канаде, составляет 1200 лет. Однако в большинстве районов Арктики эти насыпи в конечном итоге разрушаются, а не взрываются.
Очевидно, что ледяные курганы на полуострове Ямал в северо-западной Сибири отличаются. Жувелин объясняет, что эти ледяные насыпи "очень быстро расширяются, поднимаясь на высоту нескольких метров", а затем внезапно разрываются. Этот толчок вверх происходит не от потока замерзшей воды, а, по-видимому, вызван скоплением подземных газов.
Сью Натали, арктический эколог, изучающий вечную мерзлоту, является директором Арктической программы в Климатическом исследовательском центре Вудвиля в Вудс-Холе, штат Массачусетс, США. Она говорит: "На формирование ледяных насыпей уходят десятилетия, а после их образования они могут сохраняться еще долгое время. Но ледяная насыпь, заполненная газом, на этом полуострове может образоваться за несколько лет".
Ученые обнаружили кусты ивы в грязи, выброшенной взрывом в первом кольцеобразном кратере, который был впервые обнаружен в 2014 году, и изучение их годовых колец показало, что ивы находились под внешним давлением уже с 1940-х годов. По мнению исследователей, это могло быть вызвано деформацией грунта.
Однако есть свидетельства того, что период образования кратеров, образовавшихся в результате выброса газа, может быть очень коротким, от трех до пяти лет", - сказал Александр Кизяков, гляциолог из Московского государственного университета им. круглый кратер под номером SeYkhGEC начал деформировать землю еще в 2015 году.
Подобные подземные трещины и осыпи, образовавшиеся в результате извержения газа, были обнаружены на морском дне Карского моря, недалеко от полуострова Ямал, и аналогичные следы были найдены в Баренцевом море. Но до сих пор, говорит Натали, на других арктических участках суши не было обнаружено кольцеобразных кратеров, подобных тем, что находятся на полуострове Ямал.
Особый геологический состав вечной мерзлоты на Ямале и Гидане делает ее склонной к образованию взрывных ледяных курганов. Там есть несколько уникальных геологических особенностей, - говорит Натали. Над вечной мерзлотой в этом районе находится очень толстый слой льда, называемый плоским льдом. Существует также слой почвы, называемый влажным холодом, который представляет собой каменистый слой, который не замерзает, но заключен в вечную мерзлоту - это похоже на сэндвич с хлебом, но хлеб - это вечная мерзлота, а между ними - влажный холод. Третьей особенностью этой территории является наличие большого количества газа и нефти в очень глубоких пластах".
Недавно Жувелин исследовал круглую яму диаметром 20 метров, известную как яма Эль-Кута, названную в честь поймы реки, в которой она расположена. Похоже, что пойма реки первоначально была высохшим озером. Когда озеро исчезло, под поверхностью осталась большая площадь незамерзшей земли, известная как талик, и газ начал накапливаться в этой области влажной холодной почвы. Но точный источник газа остается во многом неясным, сказал Джувелин. Он говорит: "Ключевым вопросом в изучении кольцевых ям является определение источника газа, скопившегося под поверхностью вечной мерзлоты, потому что как только ямы образовались после взрыва, газ должен был исчезнуть."
Отслеживание эволюции этих кратеров, а также того, откуда взялся газ и почему он собрался под кратерами, находится в центре внимания нынешних исследований ученых. Натали говорит: "Интересно то, что здесь может происходить новая или ранее неизвестная геохимическая реакция, о которой мы даже не подозревали".
Бесстрашные исследователи рискнули спуститься в яму, используя альпинистскую веревку, и обнаружили высокий уровень метана в воде, хранящейся на дне ямы, что говорит о том, что метан может подниматься из-под ямы. Преобладающая теория заключается в том, что этот метановый газ, находящийся под вечной мерзлотой, попал в зияющую дыру незамерзающей влажной холодной земли под ледяной шапкой. Другое объяснение предполагает, что в воде незамерзшей влажной холодной земли растворено большое количество метана, и что если вода начнет замерзать и оставшаяся незамерзшая вода станет насыщенной, то растворенный в воде газ начнет пузыриться и высвобождаться.
Другим источником метана и углекислого газа может быть разложение органических веществ и выделение газа микроорганизмами, которые процветают во влажных холодных слоях, говорит Жувелин. Анализ изотопов метана в одном особенно поразительном кратере, похоже, подтверждает утверждение Ювелина, но в некоторых недавно образовавшихся кратерах активность микробов, вырабатывающих метан, в озерной воде у их основания оказалась особенно низкой, даже в холодной среде, в которой они были обнаружены.
Некоторые из кратеров находятся в районе горячих талых озер полуострова Ямал и прилегающего полуострова Гидан. На карте отмечены семь мест расположения выбоин.
Некоторые из круглых выбоин были обнаружены в районе горячего талого озера на полуострове Ямал и соседнем полуострове Гидан. На карте показаны места расположения семи выбоин.
Но вечная мерзлота также может давать утечку метана, поскольку природный газ может оказаться в ловушке в кристаллических телах вечной мерзлоты, образуя странное замерзшее вещество, называемое газогидратом, которое может высвободиться, как только растает.
Считается, что могут существовать различные механизмы образования, и их трудно описать в рамках одной модели", - сказал Жувелин. Это очень сильно зависит от окружающей среды и геоморфологии". Он отмечает, что в русле реки был обнаружен по крайней мере один круглый кратер, образовавшийся в результате извержения газа.
Предполагается, что газ, откуда бы он ни поступал, но его концентрация увеличилась в незамерзшем слое влажной холодной почвы (Талик), затем он подтолкнул твердую ледяную шапку над ней в ее первоначально сплющенном состоянии вверх на пять-шесть метров, пока она в конце концов не лопнула, как нарыв на теле человека. Метафора абсцесса графична и безобидна. Подобно тому, как пользователи Интернета любят смотреть видео, на которых выдавливают гной для получения прыщей, некоторые ученые находят себя очарованными кольцевым кратером Ямал. Натали не стесняется говорить, что меня привлекла "загадка этих кратеров в сочетании с опасностью, которую они могут представлять".
Когда газ, наконец, извергнется, это, безусловно, будет выглядеть впечатляюще. Грязь и лед над заполненным газом слоем влажной холодной почвы, а также большая часть незамерзшей влажной холодной почвы будут отброшены на 300 метров. Взрыв был настолько мощным, что были выброшены комья диаметром до одного метра, оставив после себя большой круглый кратер с приподнятым парапетом, широкое отверстие и чуть более узкое, глубокое цилиндрическое отверстие в конце взрыва. Считается, что глубокая яма является первоначальным местом расположения влажной холодной земли, известной как Талик. Местные оленеводы сообщили, что видели пламя и дым в июне 2017 года после взрыва в круглой яме на берегу реки Мюдрияха. Жители близлежащей деревни Сеяка, расположенной примерно в 33 километрах к югу от ямы, сказали, что газ продолжал гореть в течение примерно 90 минут, а пламя достигало высоты четырех-пяти метров.
Тот факт, что взрыв произошел так близко от населенного пункта в этом крайне малонаселенном районе, естественно, вызвал беспокойство. Территория также заполнена инфраструктурными трубопроводами для добычи нефти и газа из-под вечной мерзлоты.
Натали говорит: "Мы пока не знаем, представляет ли это угрозу для обитателей Арктики". Натали и ее коллеги использовали спутниковые снимки высокого разрешения для поиска других вариантов кратеров в кольце с намерением ответить на этот вопрос.
Она говорит: "Как только мы находим что-то вроде кольцевого кратера, мы используем временные ряды изображений с очень высоким разрешением (т.е. спутниковые фотографии одного и того же места, сделанные в разное время), чтобы выяснить, когда образовался кольцевой кратер".
Они обнаружили, что в этом районе находится больше кратеров, чем предполагалось изначально. "На данный момент мы определили и подтвердили местоположение двух новых кратеров, и есть еще несколько, которые мы все еще находимся в процессе подтверждения. Мы проверили и подтвердили, что в категории "очень вероятно, что это кольцевые выбоины" находится около 24. Учитывая, что в 2013 году мы не знали о существовании этих кольцевых выбоин, кажется вероятным, что их гораздо больше".
В конечном итоге она и ее команда надеются собрать достаточно данных, чтобы автоматизировать процесс поиска. Их конечной целью является создание алгоритма, который сможет предсказывать эти ледяные насыпи до того, как они взорвутся и образуют кольцевые кратеры, путем поиска на спутниковых снимках насыпей льда, которые могут извергаться с газом.
Объекты добычи нефти и газа в ледяной глуши Западной Сибири. Газовое месторождение Поваленково находится всего в 26 милях от кольцевого кратера. (
Объекты добычи нефти и газа в ледяной глуши Западной Сибири. Газовое месторождение Поваленково находится всего в 26 милях от кратера. (
Натали говорит: "Мы хотим иметь возможность найти кольцевой кратер до того, как он сформируется. Именно такую информацию вы особенно хотите получить, потому что в районах, где в результате взрывов образуются кратеры, есть населенные пункты, трубопроводы и другая газовая и нефтяная инфраструктура".
Пока что выяснение того, как часто образуются эти кольцевые кратеры, идет медленно. После рождения сильного взрыва большинство кратеров быстро исчезают в местном ландшафте, что затрудняет их идентификацию. Большая дыра, оставленная взрывом возле села Сеяха, имела 70 метров в ширину и 50 метров в глубину, и из-за близости к реке Мудрияк она была заполнена водой всего за четыре дня после взрыва. Превращение котловины в озеро можно считать вполне безобидным завершением драматического взрыва.
Для затопления других кратеров потребовалось больше времени, но всего один-два года, и темные и сердитые раны, нанесенные взрывом, края которых постепенно размывались, пока не исчезли, заполнились водой и стали неотличимы от тысяч маленьких круглых озер (т.е. горячих талых озер, образовавшихся в результате горячего таяния подземных льдов). Неясно, сколько из этих горячих талых озер содержат следы кратеров, образовавшихся в результате извержения газа.
Вполне вероятно, что некоторые из озер в вечной мерзлоте изначально были кратерами, образовавшимися в результате извержения природного газа и позже затопленными водой", - говорит Кизяков. Пока рано говорить о том, насколько распространен этот механизм образования озер".
Некоторые исследователи пытались измерить химические вещества, растворенные в конкретных озерах горячего таяния, чтобы определить, были ли они изначально кратерами извержения природного газа, но до сих пор не было выявлено никакой идентифицируемой закономерности.
Интересоваться, являются ли эти события регулярными, можно не только из любопытства. Растет опасение, что появление кольцеобразных рытвин на северо-западе Сибири может быть связано с изменениями в экологии арктической среды из-за изменения климата.
Температура в Арктике потеплела в два раза быстрее, чем в среднем по миру, что увеличивает количество арктической вечной мерзлоты, которая оттаивает в летние месяцы.
Само потепление уже меняет арктический ландшафт, приводя к опусканию и разрушению дна вечной мерзлоты, известному как проседание при тепловом оттаивании. В Сибири находится, вероятно, самая большая термальная воронка на Земле - мегасгусток Батагайка, который в 1960-х годах был просто впадиной, а сейчас превратился в огромную дыру шириной 900 метров, которую местные жители называют воротами в ад.
Натали говорит, что, кроме Арктики, "нет больше нигде на планете, о которой я знаю, где изменение климата уже привело к изменениям в геологической структуре земной поверхности".
Вечная мерзлота Арктики содержит огромное количество углерода, примерно в два раза больше, чем в настоящее время в атмосфере Земли, в основном в виде замороженных растительных остатков и других органических материалов, а также метана, газового гидрата, о котором Жувелин упоминал ранее, запертого в кристаллах льда. По мере оттаивания и таяния вечной мерзлоты микроорганизмы воскресают и начинают расщеплять органические вещества, выделяя побочные продукты, такие как метан и углекислый газ, которые также высвобождаются из метана, запертого в кристаллах льда.
Кратеры, образовавшиеся в результате извержения газа, представляют собой весьма впечатляющее зрелище: видно, как сильный взрыв с силой выбрасывает куски грязи и льда, образуя глубокие цилиндрические отверстия.
Кратер, вызванный извержением природного газа, представляет собой впечатляющее зрелище: цилиндрическое отверстие, образовавшееся в результате сильного взрыва, выбросившего землю и лед.
Метан, более мощный парниковый газ, чем углекислый газ, просачиваясь из вечной мерзлоты, ускоряет глобальное потепление, что, в свою очередь, приводит к усилению таяния арктической тундры.
А на полуострове Ямал появление кольцевых кратеров газовых извержений вызвало беспокойство по поводу развития другого явления. Сложная обратная связь между таянием вечной мерзлоты и выбросом парниковых газов, вызванным повышением температуры, взаимодействуя друг с другом, вносит дополнительную неопределенность в изменение климата. Если окажется, что залежи метана, запертые глубоко под землей вечной мерзлотой, начинают проникать наверх из обычно непроницаемой вечной мерзлоты, это может быть признаком того, что ледяная шапка в тундре становится более проницаемой. Изменения в Арктике могут иметь более широкие последствия для глобального потепления, что может создать новые неопределенности.
Натали говорит: "Эти кратеры - очень тревожные предупреждения о том, что в Арктике происходит что-то тревожное в широких масштабах. Как вы видите, изменения, происходящие в этом регионе, некоторые из них постепенны, некоторые - внезапны. Но взрывные изменения происходят редко, однако удалось привлечь внимание к тому, как все эти изменения влияют на парниковые газы в атмосфере."
Хотя тайны рытвин на полуострове Ямал до конца не раскрыты, факты, которые удалось узнать на сегодняшний день, говорят о том, что, возможно, в будущем нам следует более тщательно и осторожно регулировать эти загадочные рытвины в форме кольца.
