Учёные из Университета Осло выдвинули ещё одну гипотезу образования гигантских воронок на севере Западной Сибири. Ранее российские геологи предложили несколько своих моделей. О том, как могли возникнуть ямальские кратеры, рассказывают РИА Новости.

В 2014-м на полуострове Ямал, недалеко от Бованенковского газового месторождения обнаружили воронку с вертикальными стенками диаметром 40 метров и глубиной около 50. Вскоре рядом, на территориях полуостровов Ямал и Гыдан, нашли ещё несколько таких же структур. За прошедшие годы учёные предложили несколько гипотез образования ямальских кратеров, все так или иначе связаны с взрывообразными выбросами метана. Зона многолетнемёрзлых пород, занимающая две трети территории России, – гигантский природный резервуар этого газа. В условиях потепления и постепенного разрушения вечной мерзлоты метан, находящийся на глубине, высвобождается и стремится на поверхность.

Учёные Института проблем нефти и газа (ИПНГ) РАН, изучающие ямальские кратеры с момента их открытия, связывают появление этих структур с процессами аналогичными тем, которые идут при грязевых, или криовулканических извержениях. По зонам разломов с глубин к поверхности поступает природный газ. За счёт этого в основании толщи многолетнемёрзлых пород возникают аномально высокие пластовые давления, происходит частичное плавление льда с образованием термокарстовой полости. По мере наполнения газом она начинает давить на вышележащие слои мёрзлых пород. Они деформируются, и на поверхности появляются характерные бугры пучения.

Если процесс поступления глубинного газа и рост давления продолжаются, кровля ледяной полости трескается, а затем в какой-то момент разрушается с пневматическим выхлопом. При этом за счёт возникающих электростатических разрядов возможны самовоспламенение и взрыв газа. В этих случаях образуются гигантские кратеры глубиной свыше 50 метров, а куски выброшенной взрывом мёрзлой породы и ледогрунта разлетаются на многие сотни метров. В Российской Арктике исследователи нашли более десяти таких объектов. Кроме того, из космоса на Ямале выявлено около 7000 многолетних бугров пучения, часть которых представляет потенциальную опасность, и более 400 озёр, чьи донья усеяны крупными кратерами выбросов газа. На территории севера Ямало-Ненецкого автономного округа и Красноярского края сотрудники ИПНГ РАН обнаружили десятки объектов, которые также могут оказаться кратерами выброса газа. Большинство – в уникальном по запасам углеводородов Южно-Карском регионе, часто вблизи или непосредственно на территории нефтегазовых месторождений. Для многих объектов, за которыми исследователи наблюдают уже не один год, характерны эпизодически повторяющиеся взрывные события, что подтверждает вулканический характер образования кратеров.

Летом 2017 года биологи, изучавшие места гнездования птиц на Ямале, обнаружили в пойме реки Еркутаяха очередной кратер газового выброса, который отличался от предыдущих тем, что образовался на месте высохшего озера. Учёные Сколтеха совместно с коллегами из департамента по науке и инновациям и Научного центра изучения Арктики Ямало-Ненецкого автономного округа в течение двух лет исследовали Еркутинский кратер и предложили следующую модель его образования. Во время существования озера под ним находился талик – участок незамерзающей породы, окруженный многолетней мерзлотой. Через талик и дно озера на поверхность просачивался метан с глубины, а также из залежей газогидратов, которыми богаты недра региона. Известно, что при таянии метаногидраты разлагаются на воду и газ. После высыхания озера талик начал постепенно промерзать. Газ, не имея больше выхода, накапливался в его верхней части. Когда напряжение в куполе талика превысило литостатическое давление перекрывающих пород, произошел взрыв, а вместе с ним – обрушение кровли. Однако большинство воронок не имеет видимой связи с озёрами, их стенки сложены не промерзшими породами талика, а массивным грунтовым льдом, крупные глыбы которого обычно разбросаны на сотни метров вокруг кратера. Для объяснения их образований учёные из Сколтеха предложили другую модель.

Геологи, проводящие в регионе работы на нефть и газ, нередко обнаруживают под слоем грунтового льда криопэги – подземные резервуары высокоминерализованных (криогалинных) вод с отрицательной температурой замерзания. Исследователи считают, что поступающий с глубины и из залежей метаногидратов газ, который не может проникнуть сквозь толщу многолетней мерзлоты, скапливается в купольной части криопэгов, в открытых полостях, возникающих за счёт разницы в удельных объёмах льда и воды при плавлении мерзлоты. Так же, как и в предыдущих моделях, при достижении предельного давления происходит прорыв газа с образованием кратера.

Норвежские геологи провели сравнительный анализ существующих гипотез образования ямальских кратеров и опубликовали результаты в виде статьи на сервере препринтов EarthArXiv. Авторы отмечают, что у всех предложенных ранее моделей есть свои плюсы и минусы. Например, модель криопэгов хорошо объясняет наличие каверн на ледяных стенках кратеров, указывающих на то, что до взрыва имело место открытое плавление льда. В то же время площадной прогрев вечной мерзлоты, о котором говорят все исследователи, должен вести к расширению криопэгов, снижению плотности их рассолов вследствие разбавления талой водой и к падению, а не росту давления газовой фазы. Кроме того, расчёты авторов показали, что давление должно быть одинаковым во всем криопэге, что исключает образование вертикального выступа в его кровельной части.

Разрабатывая альтернативную модель, норвежские учёные исходили из того, что разгадку феномена ямальских кратеров надо искать в их исключительной приуроченности к небольшому участку на севере Западной Сибири, ограниченному полуостровами Ямал и Гыдан. За его пределами – на остальной территории Арктической зоны, где также присутствует весь набор факторов (вечная мерзлота, залежи газогидратов, криопэги), – таких образований нет. Особым условием исследователи считают наличие под полуостровом Ямал куполообразной структуры с расположенными близко к поверхности и значительными по объёму скоплениями природного газа, которые создают избыточное давление. По данным более ранних исследований, в течение всего голоцена (после завершения последней ледниковой эпохи примерно 11 тысяч лет назад) для этой структуры был характерен повышенный тепловой поток – температуры на Ямале и Гыдане на 2–4°С превышали средние значения для данных широт. По мнению авторов, это привело к тому, что мерзлотный слой истончился, в нем появились открытые зоны проницаемости и талики, через которые газ выходил наружу.

Во время так называемого малого ледникового периода, достигшего пика примерно 200 лет назад, талики замерзли, в их кровле начал скапливаться газ. После окончания холодного периода снова наступило потепление. Одновременный нагрев с поверхности и протаивание ледяного слоя снизу привели к тому, что газовые полости стали подниматься к поверхности.

Авторы подчёркивают, что толщина слоя многолетнемерзлых пород в регионе очень неравномерная: она колеблется от нескольких десятков до 500 метров. Прорыв происходил в наиболее тонких и прогретых местах, в основном над зонами разломов, которые, в свою очередь, служили каналами поступления глубинных газов.

После прорыва кратер, как правило, быстро заполняется водой и затягивается осадочными отложениями. Но через некоторое время может начаться его повторная активизация, связанная с продолжающимся поступлением газа по глубинному разлому или из окружающих тел метаногидратов, разлагающихся в условиях сброса давления. Новый прорыв произойдёт, когда объёмы поступающего с глубины газа превышают скорость его выхода на поверхность, например, со дна озера, образовавшегося в воронке кратера.

Норвежские геологи подчеркивают, что их модель отличается от предыдущих прежде всего тем, что центральная роль в ней отводится повышенному локальному прогреву в районе скопления кратеров, который привёл к уменьшению мощности многолетнемерзлых пород. Причём произошёл этот прогрев задолго до начала так называемого глобального потепления.