В журнале Scientific Reports опубликовано открытие группы учёных МГУ, которые объяснили загадку образования Ямальской воронки. Исследование впервые описывает земной криовулкан и предлагает гипотезу нового способа образования кратеров.
Что такое Ямальская воронка?
Необычное геологическое образование было обнаружено в центральной части Ямальского полуострова в 2014 году. Круглый кратер глубиной 50 метров и размером 20 метров в диаметре расположен недалеко от Бованенковского газового месторождения. Это зона вечной мерзлоты со среднегодовыми температурами от — 1°С до 5° С и объёмной долей льда 30-65%, сконцентрированного в ледяных линзах. Время формирования воронки было определено с помощью использования космических снимков до 2013 года. На месте кратера находился крупный бугор пучения около 8 метров высотой и около 50 метров в диаметре.
Учёные выдвинули несколько версий происхождения воронки: миграция биогенных газов в результате оттаивания вечной мерзлоты, падение метеорита и другие. Но все гипотезы имели недостатки. Образование кратероподобных структур в результате геокриологических процессов явление далеко не экстраординарное, хотя и редкое. Формирование двух подобных кратеров зарегистрировано на Ямале в 2017 году.
Что предшествовало открытию?
Для исследования происхождения кратеры сначала был проведён анализ многолетнемёрзлых пород. При помощи бурения скважин учёные получили керны этих пород. Одна из скважин вскрыла линзу льда на глубине 5,8 метров. Нижнюю границу линзы обнаружить не удалось, несмотря на то, что глубина скважины достигала 17 метров. Пробы для дальнейшего изучения извлекли из этой линзы и соседних скважин. Как показал анализ, пробы состоят из льда, минеральных включений и гуминовых кислот. Также выяснилось, что пробы содержат два разных типа вечной мерзлоты с древними морскими отложениями. Первый тип почти не тронут процессом оттаивания вечной мерзлоты, другой, напротив, сформирован под влиянием этого процесса. Разные типы проб отличались степенью присутствия металлов и органического углерода, а также включениями тёмно-коричневых щелочных растворов (pH 8-9,5). Отличия выявились также между ледяной и осадочной составляющими проб. В древних осадках концентрация металлов была незначительной (исключая SiO2, CaO и Na2O), а в ледяных пробах — высокая.
Согласно интерпретации авторов исследования, эти данные могут указывать на результат длительного взаимодействия грунтовых и талых вод. Данный вывод привёл учёных к предположению о том, что на месте кратера когда-то существовало озеро с большой зоной талика под ним.
Главная особенность образцов заключается в повышенной концентрации газов CO2 и N2, в отдельных пробах достигающей 20% объёма. Что касается метана (по некоторым версиям учёных, именно этот газ мог стать первопричиной формирования воронки), доля его присутствия в пробах оказалась крайне низкой. Данный факт, а также результаты изотопного анализа опровергали версию о том, что источником газов является Бованенково месторождение. Среди углеводородов преобладали высшие нормальные алканы. Значит они сформировались как результат разложения растительных остатков.
На основании содержания газов в изученных образцах предполагается, что растворённые газы составляли около 14% объёма талика. Учёные предположили, что часть этих газов мигрировала в окружающие породы, избежав замерзания, а другая часть осталась в талике, увеличивая давление. Этот процесс в дальнейшем мог привести к формированию бугра пучения.
Реконструкция событий
Помимо анализа проб, исследователи применили метод математического моделирования. С его помощью была воссоздана цепочка событий, предшествовавших образованию кратера. Изначально под термокарстовым озером с водой положительной температуры вечная мерзлота оттаивала. Сформировался талик примерно того же объёма, что и у современного озера, в центре которого расположен кратер. Согласно данным геокриологов, образование зоны протаивания размером 60-70 метров занимает около трёх тысяч лет.
По мере высыхания озера оттаявшая зона начинает снова замерзать. Процесс промораживания талика идёт от краёв зоны к центру. На завершающей стадии жизни озера его дно промерзает, таким образом образуется «крышка» толщиной 6-8 метров из льда над ещё не до конца промёрзшим таликом. Вода под давлением льда выталкивается наружу. Создаётся так называемый бугор пучения. Существовавший в течение последних ста лет. Давление в талике при этом может достигать 5 бар. Для прорыва ледяной «крышки» требуется 10 бар. По мнению исследователей, достичь этой отметки помогает газ. В нижней части талика давление могло доходить до 15 бар. Если бы концентрация газа была малой, то в процесс разрушения бугра пучения произошёл бы выброс воды, а не извержение и образования кратера.
Учёные выявили три стадии процесса формирования Ямальской воронки:
- Пневматическая стадия (первые минуты): дегазация из верхней камеры талика, выброс струй углекислого газа. Разлет почвы на большие дистанции и повреждение растительности холодной газовой струей.
- Гидравлическая стадия (несколько часов): излияние воды из кратера — сброс давления вызвал вспенивание воды, насыщенной газом (эффект, сходный со струей шампанского после удаления пробки). Полное пробитие ледяной шапки и начало формирования вала вокруг кратера.
- Фреатическая стадия (до 25 часов): разложение газовых гидратов в нижнем слое почвы и вынос её на поверхность с возникающей пеной.
Таким образом было объяснено, что формирование данного кратера — явление криовулканизма, впервые зарегистрированное на Земле. Ранее криовулканы были обнаружены и изучались в пространстве Солнечной системы о время полётов зондов «Вояджеров» мимо ледяных лун газовых гигантов (спутниках Сатурна, Юпитера, Нептуна). До настоящего времени непосредственное исследование явления криовулканизма было невозможно, поскольку считалось, что на Земле криовулканы отсутствуют.
Пресс-центр Гео-Гуру.
UR66.TOP