Международная группа ученых из Великобритании и Испании описали механизм возникновения кратеров в вечной мерзлоте на Ямальском полуострове в Сибири. Исследование опубликовано в научном журнале Geophysical Research Letters (GRL).
Информация о появлении провала диаметром около 70 метров в вечной мерзлоте на Ямале впервые возникли в 2014 году. Позднее там и на соседнем Гыданском полуострове были обнаружены и другие кратеры.
Предыдущие исследования предположили, что ямальские кратеры возникли из-за таяния многолетних льдов в полярных почвах по мере потепления. Это привело к взрывному высвобождению запертого в грунте газа метана.
В новой работе авторы выяснили, что одного потепления недостаточно, чтобы привезти к образованию подобных воронок. Ученые рассмотрели два основных механизма возникновения взрыва — химический и механический. В первом случае реакция происходит быстро, как при детонации динамита. Во втором давление нарастает постепенно, подобно накачиванию шины велосипеда воздухом до тех пор, пока она не лопнет.
По мнению исследователей, причиной прорыва метана на поверхность стала необычная геология ямальских грунтов, содержащих слои (так называемые криопэги) с очень соленой водой. Она остается в жидком состоянии за счет сочетания давления и солености.
Под криопэгами находится слой кристаллизованных твердых веществ метан-вода, называемых гидратами метана, которые поддерживаются в стабильном состоянии за счет высокого давления и низкой температуры.
Но более высокие температуры дестабилизируют эти слои. Изменение климата привело к таянию активного слоя и его расширению вниз, пока он не достигнет криопэга, высвобождая воду, которая перемещается через осмотическое давление в криопэг, обнаружили исследователи.
Но в криопэге недостаточно места для удержания дополнительной талой воды, поэтому давление растет. Растущее давление создает трещины в почве, которые движутся вверх от криопэга к поверхности. Затем градиент давления меняет направление: потрескавшаяся почва вызывает внезапное падение давления на глубине. Это изменение давления повреждает гидраты метана под криопэгом, что приводит к высвобождению метанового газа и физическому взрыву.
Исследование также показало, что подготовка к взрыву может длиться десятилетиями. Эта временная шкала совпадает с усилением потепления климата, начавшимся в 1980-х годах.
Ранее ученые связали глобальное потепление с появлением кратеров в Сибири.