|
Образование гигантских кратеров в Сибири
|
|
|
|
Недавнее открытие восьми кратеров газовыделения (GEC) в Западной Сибири в течение последнего десятилетия бросало вызов исследователям. GEC наблюдались только в этом ограниченном регионе. Было предложено несколько моделей, общая черта которых заключается в том, что они образовались в результате вечной мерзлоты - внутренних процессов, вызванных внешним воздействием. Численное моделирование, однако, предполагает, что расчетный объем выброса может не соответствовать заполненным газом полостям ограниченного размера. Кроме того, не был проведен тщательный анализ достижимого давления, обусловленного процессами, происходящими внутри вечной мерзлоты. В этом исследовании критически рассматриваются существующие модели и делается вывод о том, что сосредоточенное глубинное тепло и газ из-под вечной мерзлоты могут быть ключевым фактором, способствующим образованию GEC, в то время как нагрев атмосферы косвенно провоцирует их образование, ускоряя скорость криогенных процессов и образование новых озер и рек. GEC, по-видимому, связаны с разломообразованием в этом районе и образуются там, где подозерные или речные таликовые структуры встречаются с местным истончением вечной мерзлоты.
|
|
|
|
С 2014 года в Западной Сибири было обнаружено все большее число гигантских GEC, выбросы которых распространялись на сотни метров (Кизяков и др., 2020; Москвич, 2014) (рис. 1). Взрывные явления привели к образованию почти вертикальных цилиндрических структур, которые первоначально имели глубину более 50 м и диаметр в десятки метров. К настоящему времени на ограниченной территории полуостровов Ямал и Гыдан обнаружено восемь GEC (Богоявленский и др., 2021b; Богоявленский и др., 2021a; Буддо и др., 2024; Булдович и др., 2018; Чувилин и др., 2020а; Чувилин, Соколова, Буханов, Давлетшина и Спасенных, 2021; Дворников и др., 2019; Хименков и Станиловская, 2022; Власов и др., 2018; Воробьев и др., 2019). Выброс метана при таянии вечной мерзлоты и этих GEC является положительным откликом на изменение климата. Ускоренный выброс газа из хранилища объемом почти 1700 миллиардов метрических тонн в вечной мерзлоте Арктики вызывает серьезную озабоченность (McGuire et al., 2018; Miner et al., 2022; Van Huissteden et al., 2011; Walter Anthony et al., 2018).
|
|
|
|
|
|
|
Природа их образования была объяснена вечной мерзлотой - внутренними процессами, вызванными изменением климата или локальным истончением вечной мерзлоты и накоплением газа под ней. Процессы, происходящие внутри вечной мерзлоты, включают образование полостей или заполненных газом камер за счет расширения жидких соляных тел (криопег) (Чувилин и др., 2021; Моргадо и др., 2024; Шурмайер и др., 2024), таяние наполненного газом грунтового льда (Булдович и др., 2024)., 2018), диссоциация гидратов метана внутри вечной мерзлоты (Чувилин и др., 2020a; Хименков и Станиловская, 2022), или их комбинацию (Чувилин и др., 2020a; Моргадо и др., 2024; Шурмайер и др., 2024). Нагрев атмосферы в основном объясняется потеплением вечной мерзлоты, запускающим вышеупомянутые процессы. Вызывает недоумение тот факт, что GEC наблюдались только в ограниченном регионе полуостровов Ямал и Гыдан, поскольку все эти структуры, связанные с вечной мерзлотой, распространены в вечной мерзлоте (Collett et al., 2011; Гиличинский и др., 2005; Ницбон и др., 2020; Ноецли и др., 2024; Руппель, 2015), и поэтому мы ожидаем, что те же процессы, приводящие к образованию GECs, будут обнаружены и в других местах обширного арктического пояса вечной мерзлоты. Однако может случиться так, что полуострова Ямал и Гыдан представляют собой специфическую среду, которая вызывает образование GEC только в этом регионе, или даже что аналогичные особенности сформировались в других местах, но еще не были обнаружены.
|
|
Формирование GEC было связано с глобальным изменением климата, когда повышение летних и осенних температур привело к потеплению и деградации вечной мерзлоты (Leibman et al., 2014). Лейбман и др. (2014) отметили, что зима и лето, предшествовавшие образованию Ямальского кратера, отличались необычно высокими температурами, причем среднегодовая температура была на ~ 4 °C выше, чем в предыдущие годы. Хотя это было основано на очень коротком временном ряду (2006-2014 гг.), хорошо известно, что Западная Сибирь пережила беспрецедентное потепление с тех пор, как около 200 лет назад наступил Малый ледниковый период (Баккер и др., 2020; Хантемиров и др., 2022; Ли и др., 2020; Li и др., 2021), и с исключительным увеличением частоты экстремальных температур за последние 40 лет (Хантемиров и др., 2022). Спутниковые данные высокого разрешения показывают различные криогенные процессы, приводящие к локальному оседанию земной поверхности, увеличению русла ручьев и образованию новых озер, связанных с таянием вечной мерзлоты (Magnusson et al., 2022; Nitzbon et al., 2020; Тешебаева и др., 2021). Однако такое ослабление вечной мерзлоты характерно для всей Арктики (Йоргенсон и др., 2006; Майнер и др., 2021; Смит и др., 2022), и нет никаких признаков того, что Западная Сибирь пострадала сильнее, чем другие регионы, сходные по климату.
|
|
|
|
Двумя факторами, характерными для этого региона, являются аномальная температура в недрах Ямала и Гыдана (Аржанов и др., 2020; Богоявленский и др., 2021а; Богоявленский, 2021) и его расположение в пределах гигантской Западно-Сибирской углеводородной провинции (Бамбуляк и др., 2015). Геологические отложения действительно обнаружены вблизи действующих газовых месторождений (Богоявленский, 2021; Васильчук и др., 2014) и связаны с пинго-подобными структурами, т.е. насыпями, образованными в условиях вечной мерзлоты, но под действием жидкостей под давлением, а не в результате накопления льда (Бондарев и др., 2002; Кизяков и др., 2015; Schurmeier et al., 2024). Тогда возникает вопрос, может ли вечная мерзлота в регионе, которая частично служит изоляцией для природного газа, качественно отличаться от других арктических зон вечной мерзлоты, и может ли нагрев атмосферы вызвать вечную мерзлоту - внутренние процессы, которые не произошли бы в других провинциях, бедных природным газом.
|
|
|
|
Хотя Ямальский и Гыданский районы вечной мерзлоты имеют ряд общих черт с другими арктическими районами вечной мерзлоты, включая сплошную вечную мерзлоту и общие криогенные формы рельефа, существуют явные различия, обусловленные региональными геологическими и климатическими условиями.
|
|
Вечная мерзлота в Западной Сибири считается сплошной и может достигать 500 м в толщину (Мисюркеева и др., 2022b; Шикломанов и др., 2013), в то время как в других арктических регионах, таких как Аляска и Северная Канада, толщина вечной мерзлоты часто составляет от нескольких десятков до ста метров (Ли и др., 2022; Стрелецкий и др., 2012). Толщина, однако, варьируется в зависимости от таликовых структур, формирующихся под озерами и разломами, а также каналов подачи жидкости (включая GEC), локально проникающих в вечную мерзлоту (Мисюркеева и др., 2022b; Оленченко и др., 2015a). Самые глубокие структуры, видимые под более крупными и глубокими озерами, достигают основания вечной мерзлоты и образуют открытые талики (Мисюркеева и др., 2022b). Эти таликовые структуры могут в некоторой степени напоминать заполненные водой вертикальные и круглые структуры GEC (рис. 8 у Мисюркеевой и др., 2022b). Более того, глубинные структуры талика, по-видимому, связаны с разломами и пересечениями разломов в регионе и подтверждают идею о том, что криогенные формы рельефа могут быть индикаторами дегазации, связанной с глубинной миграцией флюидов (Мисюркеева и др., 2022b).
|
|
|
|
На Ямале и Гыдане коэффициент температуропроводности, как правило, ниже из-за специфической текстуры/состава почвы и содержания льда/влаги (Облогов и др., 2023; Сазонова и др., 2004; Сугимото и др., 2003). В этих сибирских регионах особенно высокое содержание льда (Лейбман и др., 2015; Семенов и др., 2020; Стрелецкая и др., 2021), с выраженными газовыми включениями (Чувилин и др., 2000; Васильев и др., 2015; Воробьев и др., 2019). Массивные структуры грунтового льда, представляющие собой расширяющиеся в стороны линзы, в изобилии встречаются в вечной мерзлоте и, как было установлено, связаны с большинством структур GEC (Богоявленский и др., 2020; Чувилин и др., 2021; Кизяков и др., 2017; Золкос и др., 2021).
|
|
|
|
Наличие неглубоких (глубина 60-80 м) газовых гидратов в вечной мерзлоте Ямала и Гыдана (Оленченко и др., 2015b) отличает эти районы от других регионов, где подобные особенности могут быть менее распространены (Чувилин и др., 2000; Дворников и др., 2019; Шурмайер и др., 2024; Якушев и Чувилин, 2000). Топографически Ямал и Гыдан относительно равнинные, с обширными водно-болотными угодьями и водоемами, влияющими на поверхностную гидрологию и распространение вечной мерзлоты (Чувилин и др., 2020а; Тешебаева и др., 2021).
|
|
|
|
Источник
|
