Ученые разгадали загадку ямальских кратеров

Российские ученые построили модель формирования кратеров, образующихся в вечной мерзлоте в результате выбросов метана. Результаты исследования опубликованы в двух статьях (1, 2) в журнале Geosciences.

В 2014 году на полуострове Ямал, недалеко от Бованенковского газового месторождения, обнаружили первый "ямальский кратер" — гигантскую воронку диаметром 40 метров с вертикальными стенками. С тех пор в Арктике нашли еще несколько подобных структур, но ученые до сих пор спорят об их происхождении.

Одна из главных гипотез — взрыв метана. Зона вечной мерзлоты, которая занимает две трети территории России, представляет собой гигантский природный резервуар этого газа. В условиях потепления и постепенного разрушения вечной мерзлоты метан, находящийся в глубине, высвобождается и вырывается на поверхность в виде мощного взрывного выброса.

Ученые Сколтеха совместно с коллегами из департамента по науке и инновациям и Научного центра изучения Арктики Ямало-Ненецкого автономного округа более двух лет исследовали один из таких кратеров. Им удалось не только построить модель его образования, но и установить источник метана.

"Кратеры в Арктике — достаточно редкое явление, возникающее, как правило, в труднодоступных районах арктической тундры. Вспучивание поверхности, которое предшествует возникновению кратера газового выброса, происходит достаточно быстро, часто в течение одного-двух лет, и стремительный рост образующегося бугра сложно зафиксировать, — приводятся в пресс-релизе слова руководителя исследования, ведущего научного сотрудника центра Сколтеха по добыче углеводородов Евгения Чувилина. — Практически все кратеры были обнаружены уже после их формирования. Имеются лишь отрывочные свидетельства местных жителей, которые говорят, что слышали шум или видели дым и пламя. Следует также иметь в виду, что образовавшиеся кратеры достаточно быстро, всего за один-два года, превращаются в озера, которые со временем сложно отличить от обычных термокарстовых озер в арктической тундре".

Ученые исследовали кратер газового выброса в пойме реки Еркута-яха, который летом 2017 года случайно обнаружили биологи, изучавшие места гнездования сокола. По мнению Чувилина, ученым Сколтеха очень повезло: они смогли добраться до малоизвестного Еркутинского кратера в первый же год с момента образования — ведь на следующий год он уже заполнился водой и превратился в озеро. На момент обнаружения кратер имел глубину 20 метров и такую же ширину.

В декабре 2017 года исследователи отобрали в Еркутинском кратере образцы мерзлых пород, подземного льда и воды, а спустя полгода провели наблюдения с помощью дронов. В образцах подземного льда обнаружились изотопы углерода в количестве, характерном для биогенных углеводородов. При этом отношение метана к общему объему его гомологов — этана и пропана — указывало на поступление газа из глубоких слоев.

На основе этих данных ученые построили модель образования Еркутинского кратера, который сформировался на месте одного из высохших озер. Под этим озером, по мнению авторов, ранее находился талик — участок незамерзающей газонасыщенной породы. После высыхания озера он начал промерзать со всех сторон, из-за чего создалось сильное напряжение, которое впоследствии и привело к мощному взрыву.

"Образование кратера газового выброса в мерзлоте — это малоисследованный и практически не описанный ранее процесс, который представляет собой взрывной выброс смеси, состоящей из пород, льда, воды и газов. Некоторые исследователи называют это криовулканизмом, — объясняет Чувилин. — Такие природные процессы с образованием крупных воронок могут представлять опасность для жизнедеятельности человека в Арктике. В этой связи возникает необходимость их прогнозирования на основе результатов изучения источников газа, прежде всего метана, механизмов их аккумуляции в верхних горизонтах мерзлоты и условий возникновения взрывных газовых выбросов. Подобные выбросы могут вносить вклад и в увеличение парниковых газов в атмосфере".

Метан — мощный парниковый газ, и попадание его в атмосферу может ускорить глобальное потепление, считают ученые. С другой стороны, климатические изменения приведут к еще большему высвобождению метана из толщ многолетнемерзлых пород.