Как выглядят «внутренности» кратера в вечной мерзлоте

Исследователи Института проблем нефти и газа Российской академии наук совместно с коллегами из Центра добычи углеводородов Сколтеха обследовали новейший кратер газового выброса глубиной более 30 метров на полуострове Ямал, который образовался в начале лета 2020 года.

С помощью трехмерного моделирования российские ученые выяснили, что представляет собой внутренняя структура странных кратеров, образовавшихся прямо в вечной мерзлоте

Гигантские кратеры в Российской Арктике, которые считаются результатами мощных газовых выбросов из мерзлоты, впервые привлекли внимание мировой общественности в 2014 году, когда кратер с диаметром жерла около 20 метров (а по внутреннему краю бруствера – насыпи из выброшенной породы – до 40 метров) был обнаружен на Ямале недалеко от Бованенковского газового месторождения. Считается, что образованию кратеров предшествует локальное накопление газа в полостях в верхних горизонтах мерзлоты, а увеличение газового давления в конечном итоге приводит к его взрывному выбросу. Эти кратеры недолговечны, они достаточно быстро (в течение нескольких лет) заполняются водой и в итоге превращаются в небольшие озера. На сегодняшний день известно и в разной степени изучено около 20 кратеров.

В 2020 году ученые нашли и обследовали кратер с индексом C17, имеющий диаметр около 25 метров. Его обнаружил директор «Российского центра освоения Арктики» Андрей Умников во время полета вертолета в 16 июля 2020 года в центральной части полуострова Ямал, недалеко от ранее образовавшихся трех других кратеров, включая известный Ямальский кратер. Экспедиция под руководством заместителя директора ИПНГ РАН Василия Богоявленского состоялась в конце августа 2020 года благодаря большой организационной поддержке правительства Ямало-Ненецкого автономного округа и Некоммерческого партнерства «Российский центр освоения Арктики». Из Сколтеха в исследованиях участвовали научные сотрудники Центра добычи углеводородов Евгений Чувилин и Борис Буханов.

«Обнаруженный кратер поражает своей идеально сохранившейся формой. Это прежде всего конусообразный верх, по которому произошел отрыв выброшенного мерзлого грунта, сохранившаяся периферийная часть бугра пучения, который предшествовал газовому выбросу, близкие к первоначальным стенки тела кратера и, конечно, хорошо выраженная газовая полость в ледяном основании кратера», – говорит Чувилин. Статья с результатами этого исследования была опубликована в журнале Geosciences.

«Во-первых, мы успели вовремя и застали объект практически в первозданном не затопленном водой виде. Во-вторых, гигантская подземная полость в массиве льда сама по себе уникальна. В значительной степени сохранилась часть ледяного свода этой полости. До взрыва полость имела сфероподобный свод, а ее дно имело вытянутую в северном направлении эллиптическую форму. При этом соотношение осей эллипса примерно 1 к 4,5. На основе накопленных знаний можно говорить о приуроченности объекта С17 к глубинному разлому и аномальному тепловому потоку Земли», – отмечает Богоявленский.

На необычном объекте с гигантской подземной полостью ученые провели разноплановые исследования, включая специальную аэрофотосъемку с беспилотника, которую выполнил сертифицированный внешний пилот Игорь Богоявленский. При этом впервые беспилотник был направлен внутрь кратера и, несмотря на большой риск потери аппарата, произвел «подземную аэрофотосъемку» на глубине 10-15 метров ниже поверхности земли. Специальная обработка данных позволила построить 3D-модель подземной полости и кратера выброса газа. Это первый случай, когда исследователи смогли обследовать «свежий», практически не подвергшийся разрушению и заполнению водой кратер, с хорошо сохранившейся гигантской полостью в подземном льде, в которой происходило накопление природного газа. Ранее для Ямальского кратера С1 использовалось 3D-моделирование, но в то время он был в значительной степени заполнен водой.

«За несколько лет мы накопили большой опыт применения беспилотников. Подземная аэрофотосъемка полости объекта С17 была самой сложной, приходилось лежать на краю обрыва кратера высотой с 10-этажный дом и, свесив руки в кратер, управлять дроном. Мы были трижды близки к его потере, но все же съемку успешно выполнили, что позволило построить 3D-модель», – говорит пилот дрона Игорь Богоявленский.

По словам Василия Богоявленского, 3D-модель позволила документально зафиксировать строение подземной полости, имеющей очень сложную форму. «Не все детали были видны с поверхности, особенно гроты – возможные пещеры в нижней части. Все это хорошо видно на 3D-модели в виртуальном пространстве. Полученные результаты однозначно свидетельствуют в пользу эндогенного механизма формирования полости за счет плавления льда снизу, газодинамического роста бугра пучения и выброса (взрыва) газа», – говорит ученый.

Специалисты Сколтеха смогли дать характеристику мерзлотно-геологических условий кратера, описать структуру мерзлоты в этом районе, исследовать выброшенные грунты, температурный режим на дне кратера и некоторые другие параметры. «Эта информация проливает свет на условия и механизм формирования этих необычных объектов в Арктике», – говорит Евгений Чувилин.

В 2021 годы специалисты ИПНГ РАН и Сколтеха готовят новую экспедицию к данному кратеру для его мониторинга и проведения новых исследований для уточнения механизма его формирования.