Изменение климата, скорее всего, является виновником, но ученые все еще определяют причину замерзших пещерных явлений в тундре.
В 2014 году Грег Фиске, географ Центра исследования климата Вудвелла, оказался в Сибири в необычайно жаркий период - около 90 градусов по Фаренгейту - когда вышла странная новость. Летчики пролетели над полуостровом Ямал и сообщили об огромной дыре в земле, которая, казалось бы, появилась из ниоткуда, в том же самом регионе, где работали Фиске и его коллега Сью Натали. "Сибирь - большое место, но мы были недалеко", - говорит он. "Странно было это переживать".
С тех пор исследователи выявили еще несколько таких кратеров в двух регионах, на полуострове Ямал и в Гиде. Они являются частью сибирской тундры, массивного участка земли в России, характеризующегося слоем постоянно мерзлого грунта чуть ниже поверхности. И, как обнаружили ученые, ямы, которые на момент их образования имеют примерно 65 футов в поперечнике, не проявляются спокойно - они взрываются. Как медленно двигающаяся лава, земля в Сибири пузырится до тех пор, пока не лопнет, оставляя за собой впадину, называемую газотурбинным кратером.
Почему именно эти массивные дыры образуются до сих пор остается загадкой, хотя многие ученые подозревают, что изменение климата играет определенную роль. "С растущим признанием того, что вечная мерзлота создает широкомасштабные и радикальные изменения экосистем, многие пытаются понять это, задокументировать, нанести на карту и контролировать", - говорит Скотт Золкос, исследователь Арктики из компании Woodwell. В процессе этой работы исследователи, возможно, найдут в ландшафте даже больше таких кратеров, чем известно людям".
Соединяя дыры вместе
Все, что знают исследователи о том, как образуются эмиссионные кратеры, происходит от работы в обратном направлении - выявление дыры в тундре и выяснение того, что привело к ее образованию. Первыми зацепками, с которыми ученым пришлось работать, стали куски земли, разбросанные вокруг первоначальной ямы, которая была замечена в 2014 году. С тех пор исследователи изучили ландшафт вокруг каждой ямы, изучили взорванные куски, чтобы увидеть, какой материал они обнаружили, и даже спустились в кратеры, чтобы осмотреть внутреннюю часть. Скомпилированные спутниковые снимки из районов, предваряющих взрывы, также иллюстрировали изменения ландшафта, приводившие к каждому взрыву.
До сих пор исследователи выясняли, что взрывы происходят от газа, скорее всего метана, скапливающегося в изолированных карманах по тундре. Давление быстро накапливается - холмы, которые предшествуют каждому взрыву, раздуваются примерно за три-пять лет - и когда напряжение, наконец, становится слишком большим, пузырек взрывается. Куски земли, иногда достаточные для заполнения четырех с половиной олимпийских бассейнов, раздуваются. Со временем край ямы расплавляется и расширяется по периметру по мере того, как дно заполняется водой, превращая зияющую яму в незаметное озеро.
Земля, уступившая место каждому выявленному кратеру, похоже, имеет несколько общих черт. Толстая глазурь льда лежит на вершине замерзшей почвы, а под ней находится водяное отложение, которое благодаря высокой концентрации соли остается жидким при температуре 14F. Хотя, скорее всего, ледяная поверхность задерживает метан и заставляет его накапливать взрывное давление, исследователи до сих пор не знают, откуда берется этот газ.
Некоторые подозревают, что метан поступает из соленой жидкости. Другие предполагают, что изменение климата размораживает замерзшую почву региона и генерирует метан. Когда мертвые растения и животные, попавшие в его прохладу, размораживаются, микробы расщепляют материал и выделяют метан по ходу процесса. Возможно, что метан поступает и из льда внутри почвы, так как газ может попасть в ловушку в замерзшей воде.
Изменение климата стало заметным
Даже если до сих пор не ясно, как изменение климата вызывает накопление метана, многие исследователи считают, что постепенное повышение глобальной температуры имеет к этому отношение. Ученые отмечают, что после необычно теплого лета было обнаружено несколько кратеров, что наводит на мысль о том, что эти тепловые волны усугубляют любое газовое образование, пузырящееся под землей.
Кроме того, в результате изменения климата большая часть сибирской тундры уже сморщена. В период с 1984 по 2017 год на 5 процентах территории Ямальского и Гидинского полуостровов наблюдались сдвиги в растительном покрове, в водах и даже в рельефе местности из-за постепенного таяния вечной мерзлоты, по данным анализа спутниковых данных Золкоса, Фиске и их коллег. Помимо того, что таяние вечной мерзлоты может привести к взрывам на суше, она также обрушивается и вызывает оползни.
Эти радикальные изменения ландшафта могут быть опасными. В регионе ведется бурение на нефть и поддерживается вся сопутствующая промышленность и инфраструктура, а общины коренных народов до сих пор живут в районе, где происходят взрывы и образуются кратеры. В 2017 году произошло относительно близкое столкновение: Местные жители сообщили о том, что видели взрыв, сопровождающийся пожаром и дымом.
Теоретически, предсказание места, где могут произойти эти взрывы, могло бы предотвратить нанесение людям вреда, если бы им было достаточно предварительного предупреждения. Однако пока исследователи все еще работают над тем, как определить кратеры газовых выбросов, так как их может быть сложно обнаружить. "Если вы стоите рядом с кратером, вы думаете, что это большая штука". Но если сравнить этот кратер с кратером континентального масштаба, то на самом деле он очень, очень маленький", - говорит Фиске. Кроме того, ямы со временем заполняются водой и становятся менее очевидными для выявления.
Вот почему группа исследователей создала алгоритм, который может обнаружить существующие кратеры с газовыми выбросами. Тот же самый анализ спутниковых данных, который привел команду к оценке того, насколько сильно изменились два полуострова за последние несколько десятилетий, помог им создать свой аналитический инструмент. В ландшафте зарегистрировано 17 кратеров с газовыми выбросами, но только семь из них были зафиксированы в научных работах, что означает, что у команды был крошечный набор данных, с которым она могла работать. В конечном итоге, алгоритм правильно определил все семь - а также то, что может быть двумя ранее незадокументированными эмиссионными кратерами.
Анализ изображений, проведенный Фиске, Золкосом и их командой, не идеален для прогнозирования будущих эмиссионных кратеров, так как наблюдения на поверхностном уровне оставляют за собой грунтовые турбулентности под ними.
Собрать вместе точный анализ того, насколько сильно уже изменилась сибирская тундра и что может измениться в будущем, помогает исследователям понять, как предотвратить обрушения или взрывы в будущем.
Конечно, усилия были бы легче, если бы у исследователей был полный набор данных о некоторых особенностях под тундрой - то, что есть у частных нефтегазовых компаний. "Полуостров Ямал - одно из крупнейших, если не самое крупное месторождение природного газа на планете", - говорит Фиске. Это было бы очень полезно, но это конфиденциальная информация".
