На віддалених півостровах Ямал та Гидан, що розкинулися на просторах Західного Сибіру, ландшафт позначений масивними кратерами, які виглядають так, наче сама Земля пробила в собі велетенські отвори. Хоча походження цих газовикидних кратерів (ГВК) залишалося певною мірою загадкою відтоді, як перший з них було відкрито у 2014 році, тепер вчені вважають, що їм відома причина їх появи.
Ці дивовижні ГВК – скелясті циліндри, що сягають до 164 метрів (538 футів) завглибшки та до 30 метрів (98 футів) завширшки, мають круті стіни, вистелені шарами вічної мерзлоти. Західний Сибір – це величезна територія в Азійській частині Росії, відома своїми суворими кліматичними умовами та значними покладами природних ресурсів. Ямал та Гидан – це великі півострови, що лежать за Полярним колом, і характеризуються поширенням багаторічної мерзлоти, тобто ґрунту, що постійно перебуває у замерзлому стані протягом щонайменше двох років. З 2014 року було задокументовано лише вісім таких кратерів, але кожен з них вразив вчених та місцевих мешканців своїми масштабами та геологічною драмою. Тепер дослідники з Університету Осло разом з російськими колегами стверджують, що сила для їх створення походить не лише від танення багаторічної мерзлоти на поверхні, як, наприклад, у сибірському кратері Батагайка, який іноді називають “Воротами до пекла” і який є великою термокарстовою депресією, що розширюється через танення вічної мерзлоти. Натомість, основною причиною є метан та тепло, що з потужною силою підіймаються з глибоких підземних шарів.
У своєму дослідженні команда проаналізувала всі основні гіпотези, висунуті для пояснення утворення ГВК. Деякі пояснення припускали, що винне потепління багаторічної мерзлоти, включаючи ріст рідких солоних водних кишень, званих кріопегами, які можуть розширюватися та створювати порожнини або газонаповнені камери. Інші пропонували, що танення насиченого газом ґрунтового льоду або руйнування гідратів метану – крижаних кристалів води та метану, стабільних лише за холодних умов високого тиску – у мерзлому ґрунті було рушійною силою. Проте вчених спантеличило те, що такі кратери з’явилися лише в Західному Сибіру. Якби ці процеси на майже поверхневому рівні викликали вибухи, вони мали б з’явитися по всій Арктиці.
Глибше коріння таємничих вибухів
У новому дослідженні вчені зосередилися на фізиці. Щоб перевірити, чи справді мілкі порожнини у мерзлому ґрунті могли б спричинити такі бурхливі вибухи, як припускалося раніше, дослідники побудували просту модель, розглядаючи поверхневі шари багаторічної мерзлоти як важкий корок у пляшці під тиском. Вони змінювали товщину цього замерзлого “корка” та розмір газонаповненої камери під ним і розрахували, який тиск був би потрібен, щоб розкидати уламки на такі відстані, на яких їх можна побачити навколо кратерів. Вони виявили, що невеликі, мілкі порожнини не були здатні забезпечити достатню силу, перш ніж газ витік би, і вони втратили б свою вибухову потужність.
Таким чином, сила, що спричиняє утворення цих кратерів, на думку вчених, найімовірніше походить від значно більших підземних порожнин або глибших скупчень метану, що підіймаються з-під багаторічної мерзлоти.
Геологічні розгадки Сибірського серця
Півострови Ямал та Гидан розташовані над величезними газовими запасами, а через породи під ними проходять лінії розломів. Вчені стверджують, що ці лінії розломів дозволяють газу та теплу рухатися вгору з-під багаторічної мерзлоти. Там, де ці лінії розломів перетинаються з озерами та річками, товстий мерзлий ґрунт витончується таликами – ділянками ґрунту, що не замерзає цілий рік. Ці місця діють як слабкі точки, і коли знизу накопичується достатній тиск газу, замерзла “кришка” раптово провалюється, утворюючи майже вертикальну шахту, яка невдовзі заповнюється водою та льодом. Протягом кількох років кратер починає нагадувати термокарстове озеро – озеро, що утворилося внаслідок танення багаторічної мерзлоти. Це означає, що по всьому Західному Сибіру може бути більше кратерів, які ховаються просто на виду.
Зміна клімату: не прямий вибух, а прихований каталізатор
Ці відкриття також змінюють роль кліматичного потепління в утворенні кратерів. Замість того, щоб безпосередньо викликати вибухи шляхом танення мілкої багаторічної мерзлоти, потепління довкілля означає, що озера та відталі зони стають більш поширеними, а мерзлий ґрунт вздовж ліній розломів слабшає. Проте справжній викид енергії походить від глибинного метану та тепла. А оскільки метан є значним парниковим газом – тобто газом, що сприяє парниковому ефекту та глобальному потеплінню – кожен кратер вивільняє його концентровану кількість в атмосферу.
Вчені стверджують, що це створює зворотний зв’язок, де викиди газу посилюють глобальне потепління, що, своєю чергою, прискорює поширення відталих зон та танення багаторічної мерзлоти, створюючи умови для утворення нових кратерів, що живляться газом.
Ці висновки суттєво просувають моделювання, представлене в дослідженні 2024 року, яке вказувало на танення багаторічної мерзлоти, солоні шари кріопегів та гідрати метану як можливі фактори. Хоча ці мілкі процеси можуть генерувати певну кількість тиску, останні дослідження команди демонструють, що вони недостатньо потужні, щоб пояснити глибину кратерів та уламки, розкидані на сотні метрів від місця вибуху. Нова робота переконливо доводить, що головним рушієм є глибинний газ, який підіймається вздовж ліній розломів, а зміна клімату діє скоріше як непрямий вплив, а не як основна причина.
“Це робить моделі, де утворення та накопичення природного газу відбувається під багаторічною мерзлотою, а локальне витончення та ослаблення вищерозташованих шарів частково викликано зміною клімату, найбільш вірогідними”, – зазначили дослідники. “Це добре узгоджується з величезними накопиченнями природного газу в регіоні та підтверджується геофізичними дослідженнями. Це свідчить про те, що ГВК потенційно можуть утворюватися і в інших місцях, але для цього потрібен зв’язок з утворенням та накопиченням природного газу під суцільною багаторічною мерзлотою”.
Дослідження було опубліковано у журналі Science of the Total Environment.
