Ямальська воронка утворилася в результаті виверження кріовулкани • Кирило Власов • Новини науки на "Елементи" • Геологія, Наука в Росії, Географія, Вулканологія

Ямальська воронка утворилася в результаті виверження кріовулкани

Мал. 1. вгорі: ямальський кратер станом на 15 липня 2015 роки (фото Руслана Аманжурова). внизу: супутникові знімки цього місця; на лівому знімку, зробленому в 2013 році, видно бугор пученія на тому місці, на якому згодом з'явився кратер. Зображення з обговорюваної статті вScientific Reports

У 2014 році в центральному районі Ямальського півострова був знайдений дивний провал в землі: кругла вирва мала діаметр близько 20 метрів і глибину близько 50 метрів. Її походження з тих пір залишалося загадкою. Група вчених з МДУ, дослідивши проби многолетнемерзлих порід, встановила, що ця воронка сформувалася завдяки явищу, що раніше не спостерігалося на Землі. Опублікована минулого тижня в журналі Scientific Reports стаття описує її формування в термінах кріовулканізма, тим самим не тільки пропонуючи новий механізм утворення цих незвичайних кратерів, але і вперше описуючи земної кріовулкани.

Влітку 2014 року в центральній частині півострова Ямал неподалік від газового родовища Бованенковское було знайдено незвичайне геологічне утворення: майже цілий кратер діаметром 20 метрів і глибиною близько 50 метрів (рис. 1).Було висунуто безліч гіпотез про його походження, включаючи падіння метеорита і міграцію біогенних газів через відтавання вічної мерзлоти (див., Наприклад, M. Leibman et al., 2014. New permafrost feature-deep crater in central Yamal (West Siberia, Russia ) as a response to local climate fluctuations, V. Olenchenko et al., 2015. Results of geophysical surveys of the area of ​​"Yamal crater", the new geological structure), але всі вони мали свої недоліки. В принципі, утворення кратероподібних структур в результаті геокриологических процесів – явище рідкісне, але не екстраординарна (J. Mackay, 1979. Pingos of the Tuktoyaktuk Peninsula Area, Northwest Territories). Наприклад, у 2017 році на Ямалі було зареєстровано формування двох схожих кратерів, але значно меншого розміру.

Ямальський кратер знаходиться в зоні вічної мерзлоти із середньорічними температурами від -1 ° C до -5 ° C і об'ємною часткою льоду 30-65%, часто сконцентрованого в крижаних лінзах. Завдяки сучасним технологіям навіть вдалося з'ясувати приблизний час формування структури: до 2013 року, за даними космічних знімків, на місці кратера знаходився великий бугор пученія (див .: Пінго або горби обдимання), близько 8 метрів у висоту і 50-55 метрів в діаметрі.

По лінії, що перетинає кратер, вчені пробурили кілька свердловин і отримали керни (циліндричні стовпчики породи, виймаються з свердловини) многолетнемерзлих порід (рис. 2).Одна з свердловин, яка перебувала в п'яти метрах на північ від кратера, розкрила велику лінзу льоду на глибині 5,8 м. Незважаючи на те, що глибина цієї свердловини була 17 м, до нижньої межі лінзи дістатися не вдалося. З цієї лінзи і сусідніх свердловин були відібрані проби для подальшого вивчення. Вони складалися з льоду, гумінових кислот і мінеральних включень. Аналізи показали, що вчені мають справу з двома різними типами вічної мерзлоти, що містить стародавні морські відкладення: перший тип майже не чіпатимуть термокарста (процесом відтавання і руйнування вічної мерзлоти), а другий, навпаки, інтенсивно їм перероблений. Лід в пробах першого типу містив малі кількості металів і органічного вуглецю, а лід з проб другого типу містив вуглецеві сполуки органічного походження до 3,5 г / літр і включення темно-коричневих розчинів лужного складу (pH 8-9,5). Інша відмінність спостерігалося між крижаною і осадової складовими проб: концентрація металів була незначною в древніх опадах (за винятком SiO2, CaO, Na2O) і порівняно високою в крижаних пробах. Це може бути інтерпретовано як результат тривалої взаємодії ґрунтових і талих вод, що веде до думки,що на місці кратера колись існувало озеро з великою відталої зоною під ним (талики).

Мал. 2. Фрагменти кернів, виявлених під час дослідження мерзлоти в районі ямальського кратера. Фото з додаткових матеріалів до обговорюваної статті в Scientific Reports

Головною особливістю вивчених зразків є незвично висока концентрація газів, що досягає в окремих пробах 20 об'ємних відсотків. В основному це CO2 і N2. А ось метану – передбачуваного винуватця утворення кратера – виявилося мало (перші відсотки). Це, а також результати ізотопного аналізу, вказувало, що джерело газів не родовище Бованенково, як вважалося раніше. Переважання серед вуглеводнів вищих нормальних алканів (C19H40 і з'єднання з бпрольшим числом атомів вуглецю) показало, що вони утворилися в результаті розкладання рослинних решток.

Мал. 3. Схема освіти бугра обдимання і підготовки до виверження. A – озеро з відталої зоною (талики) під ним. B – висихання озера і промороження талика. C – початок формування крижаної шапки і стиснення талика. D – формування бугра обдимання. Малюнок з обговорюваної статті в Scientific Reports

За результатами математичного моделювання була встановлена ​​послідовність подій, що передували формуванню кратера. Спочатку під довготривалим термокарстові озером (рідка вода при плюсовій температурі) вічна мерзлота відтає (рис. 3, А), формуючи Талік розміром приблизно, як у сучасного сухого озера, в центрі якого знаходиться кратер. За оцінками ГЕОКРІОЛОГІЇ, формування 60-70 метрової зони протаивания займає приблизно 3000 років. При висиханні озера відтанула зона починає назад замерзати від країв до центру (рис. 3, В). На фінальних стадіях життя озера його дно промерзає, формуючи крижану кришку над ще не до кінця замерзлим талики (рис. 3, С). Вода, що залишилася під тиском зростаючого льоду починає вичавлювати назовні, формуючи бугор пученія, що існував останню сотню років (рис. 3, D).

На підставі змісту газів в вивчених зразках передбачається, що розчинені гази становили близько 14 об'ємних відсотків талика. При замерзанні частина цих газів мігрувала в навколишні породи, уникнувши замерзання, а частина (в основному – добре розчинний у воді CO2) Залишилася в талики, збільшуючи тиск і сприяючи утворенню бугра обдимання.Через води під промерзлій кришкою льоду товщиною 6-8 метрів тиск в талики може досягати 5 бар, але для її прориву потрібно близько 10 бар. Це значення цілком досяжно, якщо врахувати внесок газової складової. У нижній же частині талика тиск доходить до 15 бар, що робить можливим утворення клатратов CO2 (Сценарій, реалізований якщо рідина насичена газом). Якби газу було мало, то при руйнуванні пінг стався б лише невеликий викид води, але ніяк не виверження і освіту кратера.

Перед виверженням в талики спостерігалася шарувата структура: талі грунту з великою кількістю клатратов вуглекислого газу внизу, вода з розчиненим газом в середині і переважно газ у верхній частині (рис. 4, А). Виверження було спровоковано формуванням крижаних клинів по тріщинах в промерзлій шапці і складалося з трьох стадій:
1) Пневматична стадія (перші хвилини): дегазація з верхньої камери талика, викид струменів вуглекислого газу (рис. 4, В). Розліт грунту на великі дистанції і пошкодження рослинності холодної газової струменем.
2) Гідравлічна стадія (кілька годин): вилив води з кратера (рис.4, С) – скидання тиску викликав вспенивание води, насиченою газом (ефект, подібний зі струменем шампанського після видалення пробки). Повний пробиття крижаної шапки і початок формування вала навколо кратера.
3) фреатический стадія (5-25 годин): розкладання газових гідратів в нижньому шарі грунту і винесення її на поверхню з виникає піною (рис. 4, D). Так як розкладання газових гідратів – процес досить повільний, то ця фаза є найбільш тривалою частиною виверження.

Мал. 4. Стадії виверження. A – стан перед виверженням. B – пневматична стадія. C – гідравлічна стадія. D – фреатический стадія. Малюнок з обговорюваної статті в Scientific Reports

Така реконструкція подій дозволяє говорити про те, що освіта ямальського кратера – повноцінне явище кріовулканізма, яке вперше було зареєстровано на Землі. Той факт, що це сталося тільки зараз, пояснюється не стільки рідкістю процесу, скільки малої вивченістю і населенностью Арктики і Антарктики, де можуть відбуватися подібні події.

Кріовулкани – низькотемпературний вулкан, що викидає кріолаву (воду, аміак, метан або інші речовини) в рідкому або газоподібному стані.Відомі активні кріовулкани на Європі (супутнику Юпітера), Енцеладі (супутнику Сатурна) і Тритоні (супутнику Нептуна) (див. Новини Новини з Сонячної Системи: гейзери на Європі і водяна пара над Церерой, "Елементи", 07.02.2014 та Аналіз гравітаційного поля Енцелада теж вказує на наявність на ньому рідкої води, "Елементи", 04.07.2014, а також статтю JS Kargel, 1995. Cryovolcanism on the icy satellites). Сліди минулого кріовулканіческой активності рясно зустрічаються у зовнішній області Сонячної системи. Серйозне вивчення цих об'єктів почалося в 1979-1989 роках, після прольотів зондів "Вояджер" повз крижаних місяців газових гігантів, проте їх безпосереднє дослідження до теперішнього моменту було недоступно, так як жодного кріовулкани на Землі виявлено не було. Тепер, схоже, вчені отримують таку можливість.

Раніше передбачалося, що для кріовулканізма обов'язковий джерело тепла, розташований під кріовулканів. Почасти, це вірно, однак обговорювана робота показує, що подібні процеси можуть відбуватися не тільки за рахунок нагріву води, а й за рахунок її кристалізації: кристалізація льоду в газонасичених системах призводить до стрибків тиску і може, наприклад, служити поясненням водяних джетів на Енцеладі ( JH Waite Jr et al., 2009. Liquid water on Enceladus from observations of ammonia and 40Ar in the plume).Отримані при дослідженні ямальського кратера дані можуть дозволити по-новому поглянути на виверження на крижаних тілах.

джерело: Sergey N. Buldovicz, Vanda Z. Khilimonyuk, Andrey Y. Bychkov, Evgeny N. Ospennikov, Sergey A. Vorobyev, Aleksey Y. Gunar, Evgeny I. Gorshkov, Evgeny M. Chuvilin, Maria Y. Cherbunina, Pavel I. Kotov, Natalia V. Lubnina, Rimma G. Motenko & Ruslan M. Amanzhurov. Cryovolcanism on the Earth: Origin of a Spectacular Crater in the Yamal Peninsula (Russia) // Scientific Reports. 2018. V. 8. Article number: 13534. DOI: 10.1038 / s41598-018-31858-9.

Див. також:
М. Лейбман, А. Кізяков. Новий природний феномен в зоні вічної мерзлоти // природа. №2. 2016.

Кирило Власов


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: