Ледяные холмы (или бугры пучения) — это области вечной мерзлоты, которые поднимаются, когда жидкость или газ скапливаются под поверхностью. Согласно исследованиям Сибирского отделения РАН, это поднятие происходит в двух разных типах систем: открытой и закрытой. В открытой системе вода и газ, скапливающиеся под вечной мерзлотой, перемещаются и просачиваются на поверхность через трещины. В закрытой системе вода и газ оказываются в ловушке, которая оказывает все большее давление на поверхностную вечную мерзлоту.
Почему на полуострове Ямал извергаются ледяные «вулканы»
Исследователи Сибирского Отделения РАН и Университета Осло описали механизм, который приводит к извержениям ледяных «вулканов» в вечной мерзлоте и образованию огромных кратеров.
Кратер Ямал на полуострове Ямал — один из восьми гигантских взрывных кратеров.AleksandrLutcenko via Getty Images)
«Ледяные холмы», разбросанные по всей Сибири, иногда лопаются, образуя гигантские кратеры. Впервые такой кратер нашли в 2014 году на Ямале. Теперь их известно уже 8. По мере потепления таких кратеров может образоваться еще больше. При каждом взрыве в атмосферу выбрасывается метан. Это — парниковый газ. И потепление ускоряется.
Открытая система описана исследователями в препринта, опубликованном в базе данных EarthArXiv. Ученые утверждали, что перемещение природного газа между коренной породой и накрывающей вечной мерзлотой приводит к таянию мерзлоты снизу. Это таяние создает карманы в вечной мерзлоте, в которых могут скапливаться жидкости, но они не полностью изолированы от газа под ними или на поверхности. Карманы растут по мере того, как в них поступает все больше газа. Это приводит к ускорению таяния и повышению давления. Это и вызывает вздутие почвы.
Открытые и закрытые системы
Фрагмент спутникового снимка земной поверхности в районе полуострова Ямал с указанием местоположения кратера (слева) и вид на кратера с вертолета (справа). Контуры 1, 2, 3: жерла кратера, воронки взрыва и парапет парапета, соответственно. Именованными точками отмечены скважины и их номера.
Газ — это в основном представляет собой метан, который непрерывно образуется при оттаивании органического вещества. «Мы называем это кухней, потому что это похоже на приготовление пищи, — здесь все тоже греется на газе», — говорит Хельге Хеллеванг, профессор экологических геонаук в Университете Осло.
В закрытой системе газ и вода поступают из глубины коренной породы. Жидкости поднимаются и образуют карман внутри вечной мерзлоты, который «запечатан замерзшими породами со всех сторон», пишут исследователей СО РАН. Поэтому газ не просачивается на поверхность.
Несмотря на различие между открытыми и закрытыми системами, нет ничего, что могло бы помешать одной из них трансформироваться в другую при динамике вечной мерзлоты, говорит Хеллеванг. Открытая система может стать закрытой, прежде чем она возникнет сформировать кратер.
Ученые до сих пор не знают точно, как газ накапливается, но они знают, что ледяные холмы могут спонтанно взрываться и образовывать огромные кратеры в вечной мерзлоте. Кратер Ямал, имеющий размеры около 20 метров в ширину и 50 метров в глубину, является одним из впечатляющих примеров. Пилот вертолета заметил кратер в 42 километрах от газового месторождения Бованенково на севере полуострова Ямал в России в 2014 году. С тех пор ученые задокументировали еще семь таких гигантских кратеров на Ямале и соседнем полуострове Гыдан.
Извержение или взрыв
Исследователи из СО РАН считают, что ледяные холмы «взрываются», но Хеллеванг придерживается другой точки зрения. Для взрывов требуется источник воспламенения, такой как высокая температура или, например, электричество, но «очень сложно поджечь газ при температуре ниже нуля», — говорит ученый. — «Это больше похоже на извержение, чем на взрыв».
Возможно, открытые системы тоже могут создать давление, необходимое для извержения, но для этого потребуется очень низкий расход газа из системы, говорит Хеллеванг. Закрытые системы с большей вероятностью могут спровоцировать извержения, поскольку в них давления растет быстро.
Как влияет на ледяные вулканы глобальное потепление
Белый медведь идет по ледяному склону на острове Новая Земля (к северо-западу от полуострова Ямал)
В обоих типах систем риск извержения постоянно растет, поскольку температура повышается и вечная мерзлота оттаивает. Хеллеванг говорит: «Изменение климата ослабляет поверхность сцепление поверхности. В какой-то момент вечная мерзлота становится настолько тонкой, что не может выдерживать давление газовых карманов, и происходит извержение».
Внезапные газовые извержения представляют опасность для людей, живущих на полуостровах Ямал и Гыдан, и для инфраструктуры, особенно для газопроводов. Еще одна большая проблема, говорит Хеллеванг, заключается в том, что «если вечная мерзлота является "крышкой" для всего этого огромного количества метана, то эти кратеры будут выбрасывать весь этот метан в атмосферу». Метан — парниковый газ, и такой выброс может ускорить глобальное потепление.