Уникальное сочетание геологических особенностей региона и последствий изменения климата привело к появлению нескольких огромных кратеров за последние 10 лет.
Ученые, похоже, наконец разгадали тайну загадочных кратеров, появившихся в Сибири за последнее десятилетие. Оказывается, что при определенных условиях меняющийся климат может иметь буквально взрывные последствия.
В 2014 году на полуострове Ямал в Сибири появился странный кратер. Внезапное появление кратера и окружающего его материала указывало на то, что он был образован в результате какого-то взрыва. С тех пор ученые и местные жители нашли еще несколько подобных кратеров.
Это не просто небольшие ямы; кратеры довольно внушительные. Некоторые из них достигают глубины 50 метров. В ходе исследований вокруг кратеров были обнаружены необычно высокие уровни метана, что указывало на то, что этот парниковый газ высвобождается из гигантских дыр. Это привело ученых к выводу, что большое количество газа, заключенного под сибирской вечной мерзлотой, выходило наружу по мере того, как изменение климата приводило к повышению местных температур.
Однако для того, чтобы точно выяснить, как именно образуются эти массивные отверстия, потребовались дальнейшие исследования. Согласно новой работе гипотезы таяния вечной мерзлоты было недостаточно для объяснения кратеров. Авторы исследования полагают, что ряд специфических условий, созданных необычной геологией региона и последствиями изменения климата, запустили процесс, который привел к взрывному выбросу метана.
“Существуют очень, очень специфические условия, которые позволяют этому явлению произойти”, – заявила Ана Моргада, инженер-химик из Кембриджского университета. “Мы говорим об очень узкой геологической нише”.
Новое объяснение, предложенное Моргадой и ее коллегами, предполагает, что потепление поверхности приводит к быстрому изменению давления глубоко под землей, что в конечном итоге вызывает мощный выброс метана. Они пришли к такому выводу, оценив, был ли процесс запущен физической или химической реакцией.
“Есть только два способа что-либо взорвать”, – говорит Джулиан Картрайт, геофизик из Испанского национального исследовательского совета. “Либо происходит химическая реакция, и у вас получается взрыв, как взрыв динамита, либо вы накачиваете шину велосипеда до тех пор, пока она не лопнет – это уже физика”.
В случае с сибирскими кратерами не было никаких признаков химических реакций, а значит, это должна была быть физика. Но как?
Аналогия, предложенная исследователями, связана с насосом и шиной велосипеда. Если слишком сильно накачать шину, она в конце концов лопнет. Так что нужно было просто выяснить, что в данном случае стало насосом. Ответ – осмос, процесс, при котором жидкость движется для выравнивания концентрации растворенных в ней веществ.
На полуострове Ямал имеется толстый слой глинистой вечной мерзлоты, который обычно функционирует как осмотический барьер, но изменение климата повлияло на это.
Слой вечной мерзлоты толщиной от 180 до 300 метров находится под слоем почвы, известным как “активный слой”. В то время как слой вечной мерзлоты остается постоянно замерзшим, слой почвы оттаивает и замерзает в зависимости от сезона.
Внутри вечной мерзлоты в некоторых местах полуострова находятся особые слои незамерзшей воды с высокой соленостью, называемые криопэгами. Эти слои остаются в жидком состоянии благодаря давлению и своей солености. А под этими криопэгами находится слой кристаллизованных метаногидратов, которые должны оставаться стабильными благодаря низким температурам и высокому давлению.
Однако теперь, когда средние температуры повысились, активный слой тает и расширяется вниз до тех пор, пока не достигнет слоя криопэгов из-за осмотического давления. Поскольку в этом слое недостаточно места для дополнительной талой воды, начинает расти давление. Это давление вызывает появление трещин, которые поднимаются к поверхности, что приводит к резкому падению давления на глубине. Это внезапное изменение давления разрушает метаногидрат под криопэгами, что приводит к выбросу метана – как и в случае с перекачанной шиной велосипеда – к физическому взрыву.
Исследователи пришли к выводу, что процесс, приводящий к этим взрывам, может длиться десятилетиями, что соответствует повышению температуры с 1980-х годов.
“Это может быть пока очень редким явлением”, – сказала Моргада. “Но количество выброшенного метана может оказать значительное влияние на глобальное потепление”.
Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.
Читайте также: Пугающие последствия: скрытый углеродный выброс при оттаивании вечной мерзлоты
