Νορβηγοί γεωλόγοι κατασκεύασαν ένα μοντέλο σχηματισμού κρατήρων στον μόνιμο παγετό

 ΜΟΣΧΑ, 26 Ιανουαρίου – RIA Novosti. Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Όσλο διατύπωσαν μια άλλη υπόθεση για το σχηματισμό γιγάντων καταβόθρων στα βόρεια της Δυτικής Σιβηρίας. 

Προηγουμένως, Ρώσοι γεωλόγοι πρότειναν αρκετά από τα μοντέλα τους. Διαβάστε πώς θα μπορούσαν να έχουν προκύψει οι κρατήρες Yamal στο άρθρο του RIA Novosti. 

Αρκτικοί κρατήρες Το 2014, στη χερσόνησο Yamal, κοντά στο κοίτασμα φυσικού αερίου Bovanenkovo, ανακαλύφθηκε μια χοάνη με κάθετα τοιχώματα με διάμετρο 40 μέτρων και βάθος περίπου 50. Σύντομα, αρκετές άλλες παρόμοιες κατασκευές βρέθηκαν κοντά, στο εδάφη της χερσονήσου Yamal και Gydan.

Με τα χρόνια, οι επιστήμονες έχουν προτείνει αρκετές υποθέσεις για το σχηματισμό των κρατήρων Yamal, όλες με τον ένα ή τον άλλο τρόπο που σχετίζονται με τις εκρηκτικές εκπομπές μεθανίου. 

Η ζώνη μόνιμου παγετού, που καταλαμβάνει τα δύο τρίτα της επικράτειας της Ρωσίας, είναι μια γιγάντια φυσική δεξαμενή αυτού του αερίου. Υπό συνθήκες θέρμανσης και σταδιακής καταστροφής του μόνιμου παγετού, το μεθάνιο που βρίσκεται στο βάθος απελευθερώνεται και ορμάει στην επιφάνεια.

"Вулканическая" модель

Заместитель директора по науке Института проблем нефти и газа (ИПНГ) РАН, член-корреспондент РАН Василий Богоявленский, изучающий ямальские кратеры с момента их открытия, связывает 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 счет этого в основании толщи многолетнемерзлых пород возникают аномально высокие пластовые давления, происходит частичное плавление льда с образованием термокарстовой полости. По мере наполнения газом она начинает давить на вышележащие слои мерзлых пород. Они деформируются, и на поверхности появляются характерные бугры пучения.

© Фото В. И. Богоявленского

Ямальский кратер выброса газа С1, вид с края бруствера

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 счет возникающих электростатических разрядов возможны самовоспламенение и взрыв газа.

"В этих случаях образуются гигантские кратеры глубиной свыше 50 метров, а куски выброшенной взрывом мерзлой породы и ледогрунта разлетаются на многие сотни метров, — объясняет Богоявленский. — В Российской Арктике мы нашли более десяти таких объектов. Кроме того, из космоса на Ямале выявлено около семи тысяч многолетних бугров пучения, часть которых представляет потенциальную опасность, и более 400 озер, 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.

© Богоявленский В. И., 2021

Механизм формирования ямальских кратеров по В. И. Богоявленскому ("вулканическая" модель)

"Озерная" модель

Летом 2017-го 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. Ученые Сколтеха под руководством ведущего научного сотрудника Центра науки и технологий добычи углеводородов Евгения Чувилина 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.

© Фото : Антон Синицкий / Научный центр изучения Арктики ЯНАО

Еркутинский кратер

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.

«Ηφαιστειακό» μοντέλο Αναπληρωτής Διευθυντής Επιστήμης του Ινστιτούτου Προβλημάτων Πετρελαίου και Αερίου (IPPG) της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών, Αντεπιστέλλον Μέλος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών Vasily Bogoyavlensky, ο οποίος μελετά τους κρατήρες Yamal από την ανακάλυψή τους, συνδέει την εμφάνιση αυτών των δομών με διαδικασίες παρόμοιες με αυτές που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια εκρήξεων λάσπης ή κρυοηφαιστείων. 

Το φυσικό αέριο ρέει από τα βάθη μέσα από ζώνες ρηγμάτων προς την επιφάνεια. Εξαιτίας αυτού, δημιουργούνται ασυνήθιστα υψηλές πιέσεις σχηματισμού στη βάση των στρωμάτων του μόνιμου παγετού και μερική τήξη του πάγου συμβαίνει με το σχηματισμό μιας θερμοκαρστικής κοιλότητας. Καθώς γεμίζει με αέριο, αρχίζει να ασκεί πίεση στα υπερκείμενα στρώματα του παγωμένου βράχου. 

Παραμορφώνονται και στην επιφάνεια εμφανίζονται χαρακτηριστικά πρηξίματα. Κρατήρας απελευθέρωσης αερίου Yamal C1 - άποψη από την άκρη του στηθαίου © Φωτογραφία του V. I. Bogoyavlensky Κρατήρας απελευθέρωσης αερίου Yamal C1, άποψη από την άκρη του στηθίου Εάν η διαδικασία της βαθιάς εισόδου αερίου και της αύξησης της πίεσης συνεχιστεί, η οροφή της κοιλότητας του πάγου ραγίζει, και στη συνέχεια κάποια στιγμή καταρρέει με πνευματική εξάτμιση. 

Σε αυτή την περίπτωση, λόγω των ηλεκτροστατικών εκκενώσεων που προκύπτουν, είναι δυνατή η αυτανάφλεξη και η έκρηξη αερίου. «Σε αυτές τις περιπτώσεις, σχηματίζονται γιγάντιοι κρατήρες με βάθος πάνω από 50 μέτρα και κομμάτια παγωμένου βράχου και χώματος πάγου που εκτινάσσονται από την έκρηξη διασκορπίζονται σε πολλές εκατοντάδες μέτρα», εξηγεί ο Bogoyavlensky. «Βρήκαμε περισσότερα από δέκα τέτοια αντικείμενα στο Ρωσική Αρκτική. Επιπλέον, περίπου επτά χιλιάδες αιώνιοι αναχώματα, μερικά από τα οποία αποτελούν πιθανό κίνδυνο, και περισσότερες από 400 λίμνες, των οποίων οι πυθμένες είναι διάσπαρτοι με μεγάλους κρατήρες εκπομπών αερίων». Στα βόρεια της Αυτόνομης Περιφέρειας Yamalo-Nenets και της Επικράτειας Krasnoyarsk, υπάλληλοι του Ινστιτούτου Έρευνας Πετρελαίου και Αερίου της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών ανακάλυψαν δεκάδες αντικείμενα που μπορεί επίσης να αποδειχθούν κρατήρες απελευθέρωσης αερίου. Η πλειονότητα βρίσκεται στην περιοχή South Kara, η οποία είναι μοναδική όσον αφορά τα αποθέματα υδρογονανθράκων, συχνά κοντά ή απευθείας στο έδαφος κοιτασμάτων πετρελαίου και φυσικού αερίου. Πολλά αντικείμενα που οι ερευνητές παρατηρούν εδώ και χρόνια χαρακτηρίζονται από επεισοδιακά εκρηκτικά γεγονότα, γεγονός που επιβεβαιώνει την ηφαιστειακή φύση του σχηματισμού κρατήρων. 

Ο μηχανισμός σχηματισμού κρατήρων Yamal σύμφωνα με το V.I. Bogoyavlensky, 2021 (ηφαιστειακό μοντέλο) © Bogoyavlensky V. I., 2021 Ο μηχανισμός σχηματισμού κρατήρων Yamal σύμφωνα με τον V. I. Bogoyavlensky («ηφαιστειακό» μοντέλο) Μοντέλο «Λίμνη». Το καλοκαίρι του 2017, βιολόγοι που μελετούσαν τοποθεσίες φωλεοποίησης πουλιών στο Γιαμάλ ανακάλυψαν έναν άλλο κρατήρα εκπομπής αερίων στην πλημμυρική πεδιάδα του ποταμού Erkutayakha, ο οποίος διέφερε από τους προηγούμενους στο ότι σχηματίστηκε στη θέση μιας ξηρής λίμνης.

Οι επιστήμονες της Skoltech, με επικεφαλής τον κορυφαίο ερευνητή στο Κέντρο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Παραγωγής Υδρογονάνθρακα, Evgeny Chuvilin, μαζί με συναδέλφους του Τμήματος Επιστήμης και Καινοτομίας και του Επιστημονικού Κέντρου Αρκτικής Μελετών της Αυτόνομης Περιφέρειας Yamalo-Nenets, πέρασαν δύο χρόνια εξερευνώντας το Ο κρατήρας Erkuta και πρότεινε το παρακάτω μοντέλο για τον σχηματισμό του. Κρατήρας Erkuta - RIA Novosti, 1920, 25/01/2024 © Φωτογραφία: Anton Sinitsky / Επιστημονικό Κέντρο Αρκτικής Μελετών της Αυτόνομης Περιφέρειας Yamal-Nenets Κρατήρας Erkuta Κατά τη διάρκεια της ύπαρξης της λίμνης, υπήρχε ένα τάλικ κάτω από αυτήν - μια περιοχή από μη παγωμένο βράχο που περιβάλλεται από μόνιμο πάγο. 

Μέσω του τάλικ και του πυθμένα της λίμνης διέρρευσε στην επιφάνεια μεθάνιο από τα βάθη, καθώς και από κοιτάσματα ένυδρου αερίου, που είναι πλούσια στο υπέδαφος της περιοχής. Είναι γνωστό ότι κατά την τήξη, οι υδρίτες μεθανίου αποσυντίθενται σε νερό και αέριο. Αφού στέγνωσε η λίμνη, το τάλικ άρχισε σταδιακά να παγώνει. Αέριο, που δεν έχει πλέον έξοδο, συσσωρεύτηκε στο πάνω μέρος του. Όταν η τάση στον τρούλο talik ξεπέρασε τη λιθοστατική πίεση των υπερκείμενων πετρωμάτων, σημειώθηκε έκρηξη και μαζί της η κατάρρευση της οροφής.

НаукаЗемля - РИА НаукагеологияВасилий БогоявленскийСколковский институт науки и технологийЯмалАрктика