Загадка огромных кратеров в сибирской вечной мерзлоте

3 фото

Несколько лет назад в сибирской тундре начали образовываться массивные кратеры. Возникали они в результате мощного выброса метана, который разбрасывал лед и грунт на сотни метров и оставлял в почве этого пустынного и мрачного края зияющую круглую дыру.

Это уже семнадцатый кратер, появившийся на удаленных российских полуостровах Ямал и Гыдан. Первая дыра, возникшая в 2013 году, серьезно озадачила ученых. Считается, что появление кратеров связано с климатическими изменениями.

Снятые с беспилотников фотографии, трехмерные модели и искусственный интеллект помогают раскрыть их секреты.

Климатические изменения


"Новый кратер очень хорошо сохранился, поскольку поверхностные воды еще не скопились внутри него, когда мы его обследовали. Это позволило нам изучить „свежий" кратер", не тронутый эрозией", — рассказал Евгений Чувилин, работающий ведущим научным сотрудником Центра добычи углеводородов Сколковского института науки и технологии.

Ученым также впервые удалось запустить дрон внутрь кратера, который опустился на 10-15 метров ниже уровня поверхности и дал им возможность сфотографировать форму подземной полости, где накапливался метан.

Чувилин вошел в состав группы российских ученых, которые побывали на месте образования кратера в августе 2020 года. Свои выводы они опубликовали на прошлой неделе в журнале Geosciences.

Беспилотник сделал около 80 снимков, на основе которых исследователи создали трехмерную модель кратера, глубина которого равна 30 метрам. Это три автобуса, составленные вместе.

Автор исследования и оператор дрона Игорь Богоявленский из Института проблем нефти и газа Российской академии наук рассказал о том, что ему приходилось лежать на краю обрыва кратера высотой с 10-этажный дом и, свесив руки в кратер, управлять беспилотником.

"Мы были трижды близки к его потере, но все же съемку успешно выполнили, что позволило построить 3D-модель", — сказал он.

Модель, показавшая необычные гроты и полости в нижней части кратера, в основном подтвердила предположения ученых: метан скапливается в ледяной полости и вспучивает землю, которая образует бугор на поверхности. Бугор увеличивается в размерах, а потом происходит взрыв, выбрасывающий лед и почву, после которого остается массивный кратер.

Но по-прежнему неясен источник метана. Газ мог подняться из глубоких слоев Земли либо образоваться ближе к поверхности. А может, это было сочетание двух источников.

Вечная мерзлота является огромным природным хранилищем метана, представляющего собой мощный парниковый газ, который намного эффективнее СО2 улавливает тепло и нагревает планету. Теплые летние сезоны (Арктика теплеет в два раза быстрее, чем мир в среднем) ослабляют слой вечной мерзлоты, которая выполняет роль крышки, и поэтому газу становится легче вырваться на поверхность. По оценкам некоторых ученых, в почве в районе вечной мерзлоты в два раза больше углерода, чем в атмосфере, и поэтому данный регион имеет исключительное значение для борьбы с изменениями климата.

"Конечно, климатические изменения влияют на вероятность появления газовзрывных кратеров в арктической вечной мерзлоте", — сказал Чувилин.

Используя спутниковую съемку, ученые также смогли точно определить, когда сформировался этот кратер. Они считают, что вздувшийся бугор взорвался в период с 15 мая по 9 июня 2020 года. Воронку впервые заметили с вертолета, пролетавшего там 16 июля 2020 года.

Время взрыва неслучайно, утверждает Чувилин. "В это время года наблюдается большой приток солнечной энергии, который вызывает активное таяние снега и нагревает верхние слои почвы, в результате чего меняются ее свойства и поведение".

Такие воронки появляются в очень малонаселенном регионе, но они представляют опасность для коренного населения и для нефтегазовой инфраструктуры. Обычно эти дыры находят случайно оленеводы или вертолетчики во время полетов.

Нанесение кратеров на карту и прогнозирование взрывов

На сегодня документально подтверждено существование 17 кратеров. Но неизвестно, сколько их всего, и когда произойдет следующий выброс. У ученых пока нет надежных средств для обнаружения и нанесения на карту таких воронок. Но научный коллектив из массачусетского Центра климатических исследований Вудвелла пытается изменить ситуацию.

Чтобы фиксировать изменения в арктическом ландшафте, а потом и прогнозировать места образования очередных кратеров, исследователи изобрели алгоритм количественного определения изменений в рельефе, таких как высота бугров, а также увеличение и уменьшение озер на Ямальском и Гыданском полуостровах.

Глубина этого кратера 30 метров. Ученые подготовили его трехмерную модель, воспользовавшись снятыми с беспилотника фотографиями. Эта модель правильно вычислила все семь кратеров, о которых к 2017 году сообщили ученые, а также спрогнозировала формирование трех новых.

Ученые также сделали вывод, что кратеры — это лишь один тревожный знак, указывающий на происходящие в северных широтах нашей планеты радикальные перемены.

Этот коллектив обследовал 327 000 квадратных километров территории, и на пяти процентах отметил резкие изменения в ландшафте за период с 1984 по 2017 год. К таким изменениям относятся обрушения грунта, образование новых озер и исчезновение старых, а также эрозия речных излучин. Данные этого исследования были опубликованы в журнале Geosciences в январе.

"Эти кратеры представляют… ранее неизвестный науке процесс", — сказала Сью Натали (Sue Natali), работающая программным директором в Центре климатических исследований Вудвелла и ставшая одним из соавторов исследования.

"Кратеры и прочие резкие изменения, происходящие в рельефе Арктики, указывают на ее быстрое потепление и таяние. Это может иметь самые серьезные последствия для жителей Арктики и для всего мира". via