Ямальский кратер
Ямальский кратер | |
---|---|
Характеристики | |
Диаметр | 0,02 км |
Тип | кратер газового выброса |
Наибольшая глубина | 52 м |
Расположение | |
69°58′16″ с. ш. 68°22′13″ в. д.HGЯO | |
Страна | |
Субъект РФ | ЯНАО |
Район | Ямальский район |
Ямальский кратер — округлое углубление на земной поверхности диаметром 20 м и глубиной более 50 м, образовавшееся в период с осени 2013 года по весну 2014 года в центральной части полуострова Ямал. Вокруг воронки расположен «бруствер» из выброшенных горных пород. Новообразованная воронка быстро заполнилась водой и уже к осени 2016 года превратилась в озеро[1].
Первоначально выдвигались различные гипотезы его происхождения — от военных испытаний до падения метеорита[2]. Впоследствии в ходе научных исследований большинство учёных пришли к мнению, что кратер образовался в результате так называемого газового выброса — подземного взрыва тающих газогидратов с выбросом на поверхность залегающей выше толщи пород[1].
Географическое положение
[править | править код]Кратер расположен между побережьем Карского моря и долиной реки Морды-Яха, в 30 км к югу от Бованенковского газового месторождения и в 4 км к западу от газопровода «Бованенково — Ухта». Он находится на равнинной территории тундры в бассейне реки Мяронгъяха (притока реки Морды-Яха), рассечённой озёрами и ручьями[3][1]. В этом районе повсеместно распространена многолетняя мерзлота со среднегодовой температурой до −7 °C и глубиной сезонного протаивания до 1 метра. Материнские породы содержат супеси, глину и торф, а также значительное количество льда, часто сконцентрированного в ледяных линзах[4].
История образования кратера
[править | править код]На архивных снимках из космоса виден бугор на месте формирования воронки. В ходе дендрохронологических исследований сохранившихся кустарников выяснилось, что бугор рос в течение не менее 66 лет[5]. Ширина основания бугра составляла 45—58 метров, высота — около 5—6 метров. Его вершина была покрыта кочками с травянистой растительностью, вдоль подножия произрастали кусты ивы[3][5]. Время образования воронки определялось по сериям снимков из космоса различной детализации, но полученные данные оказались неоднозначными: часть исследователей считает, что воронка образовалась в октябре 2013 года[3], тогда как другие полагают наиболее вероятным извержение в период с 21 февраля по 3 апреля 2014 года[6][7].
По-видимому, в тёплый сезон 2014 года в кратере начало образовываться озеро, пополнявшееся талыми водами и материалом обрушения стенок, до конца 2014 года глубина воронки до уреза воды уменьшилась до 25,5 м. К сентябрю 2015 года воронка превратилось в округлое озеро с диаметром 45-55 м и обрывистыми берегами высотой 6 м[8], а к осени 2016 вода полностью заполнила воронку[1].
Строение
[править | править код]Воронка находится на площади распространения IV террасы прибрежно-морского и морского генезиса, слагающей водораздельные поверхности высотой 42—48 м над уровнем моря. Разрез террасы сложен верхнечетвертичными отложениями казанцевской свиты. Поверхность террасы расчленена слабоврезанными речными долинами, в верховьях притоков расположены многочисленные термокарстовые котловины спущенных озёр (хасыреев). В верховье одного из небольших ручьёв расположен небольшой хасырей с высотой 19—22 м над уровнем моря, к поверхности которого и приурочена Ямальская воронка[3]. По данным анализа геоморфологии, космоснимков[9] и геофизических[10] исследований установлены признаки наличия двух разрывных нарушений с вертикальными и горизонтальными смещениями, на пересечении которых и располагается Ямальский кратер.
Морфология воронки
[править | править код]Верхняя часть кратера представляет собой наклонную воронковидную поверхность, сужающуюся вниз — так называемый «раструб». Его внешний диаметр достигал 25—29 м, а глубина развития 8 м. Внизу раструб переходит в цилиндрический участок воронки, с субвертикальными стенками. Его форма в плане эллиптическая, малая полуось составляет 14 м, большая — 20 м. В ходе первой экспедиции оценки наблюдавшейся глубины уреза воды в озере на дне воронки превышали 50 м от поверхности земли. Внутренняя поверхность стенок цилиндра осложнена неглубоким обширным гротом в нижней части северо-восточной стенки. К ноябрю 2014 года уровень воды во внутреннем озере поднялся до 24-26 м от поверхности. За это же время ширина воронки увеличилась из-за таяния и обрушения стенок, причём активнее всего разрушались склоны раструба[3][11].
Вокруг воронки выделяется «бруствер» диаметром 70-72 м, который представляет собой кольцевой навал выброшенных обломков мёрзлых пород высотой до 4,5 м. На момент измерений объём породы в бруствере сократился в 6 раз за счёт таяния высокольдистых пород. Основная масса выброшенных пород сконцентрирована на северной окраине воронки[12]. Вблизи кратера сконцентрированы глыбы мерзлых пород и дернины более 1 м в поперечнике, разброс небольших (0,1-0,2 м) фрагментов выброшенных пород достигает 180 м[3][12][13].
Геологическое строение
[править | править код]Практически весь разрез рыхлых отложений, вскрытый воронкой на глубину до 50-60 м, представлен пластовыми льдами и сильнольдистыми песками и супесями[4][12], характерными для отложений III аллювиально-морской террасы, сменяющимися внизу льдистыми морскими глинами с редкой щебёнкой. Исключение составляет лишь приповерхностный слой мощностью около 2 м, состоящий из мёрзлых и талых песчано-глинистых пород. По геофизическим данным на глубине 60-70 м от поверхности установлено наличие слоя с аномально высоким удельным электрическим сопротивлением на глубине 60-70 м, интерпретируемого как выдержанный в плане пластообразный коллектор газогидратов[10][14]. В нижней части стенок воронки отмечается наличие множества каверн и гротов, отождествляемых некоторыми исследователями[13] с зоной диссоциации реликтовых метастабильных газогидратов. В отобранных на дне кратера пробах воздуха неоднократно отмечалось повышенное содержание метана. Во время зимней экспедиции в ноябре 2014 года во льду, покрывающем нижнюю часть стенок кратера, были обнаружены следы многочисленных выделений газовых флюидов[13].
Первое время стенки кратера в основном представляли собой остатки штокообразного тела газонасыщенных пород, сложенных ячеистыми льдами[15]. Для него была характерна субвертикальная слоистость по краям, сохранившаяся в стенках кратера, и наличие многочисленных пустот в форме округлых ячеек размером от 2 до 40 см, иногда объединяющихся в вертикальные цепочки, широкое развитие пластических и разрывных деформаций. Многочисленные мелкие ячейки в этих породах указывают на значительную насыщенность газом горных пород именно в пределах этого штока. По предположениям коллектива московских исследователей[8][13], над зоной диссоциации газогидратов в мелкозалегающей пластовой залежи в результате напорной вертикальной миграции флюидов и нараставшего пластового давления сформировался пористый газонасыщенный ледогрунтовый шток цилиндрической формы. Напорная фильтрация флюидов привела к многочисленным пластическим деформациям мёрзлых пород штока[16], в результате чего зона развития ячеистых льдов штока оказалась отделена от вмещающих пород трещиной со смещением и глинками трения[4]. Его движение вверх под давлением разлагающихся газогидратов привело на контактах с окружающей толщей пород к формированию контактового прослоя мёрзлых пород с субвертикальной слоистостью и многочисленными пластическими и разрывными деформациями[13][16]. К июлю 2015 года остатки штока с субвертикальной слоистостью разрушились при оттаивании и обрушении стенок воронки, обнажив ненарушенный массив пород с субгоризонтальной слоистостью[13].
Научные исследования
[править | править код]Ямальская воронка была обнаружена экипажем Надымского авиаотряда в июле 2014 года[17]. Подобные воронки обнаруживались и ранее, но они не привлекали к себе внимания[6][18]. Однако в этот раз, сообщения о находке и опубликование видеоматериалов вызвали интерес во всем мире. Спустя несколько дней после появления видео в сети и распространения новости о необычной воронке в российских и мировых СМИ в район событий отправилась первая рекогносцировочная экспедиция из Института криосферы земли СО РАН. 25 августа состоялась вторая рекогносцировочная экспедиция[4][19][20].
13-18 сентября 2014 года комплексная экспедиция ИНГГ СО РАН и «Газпром-ВНИИГАЗ» провела на ямальской воронке комплекс геолого-геофизических и геохимических работ. Большой объём морфометрических работ позволил составить трёхмерную модель воронки[9], и установить значительное сокращение объёма выброшенных пород за счёт таяния, детально изучено глубинное строение местности с помощью методов электротомографии и зондирования становлением поля в ближней зоне, проведена радиометрия[10][14]. В начале октября несколько дней сотрудники ИНГГ СО РАН исследовали внутреннее строение воронки, с детальными замерами, геофизическими исследованиями и отбором проб.
Были организованы и другие научные экспедиции. Вторая экспедиция состоялась в ноябре 2014 года. Воронка и прилегающая местность была покрыта сетью профилей георадарных[21], геоэлектрических[22]. Летом 2015 года состоялась четвёртая научная экспедиция РАН[23]. Также в этом году 2015 по данным эхолокации и GPS-съёмки составлена трёхмерная модель дна новообразованного озера на месте Ямальской воронки. Для систематизации данных о ранее образовавшихся и потенциально опасных воронках газового выброса в ИПНГ РАН было создана геоинформационная система «Арктика и Мировой океан» (ГИС «АМО»). Позднее в эту ГИС были добавлены сведения о 20 тысячах сипов нефти и газа[24][25].
Гипотезы формирования
[править | править код]Уже в первый год научных исследований учёные отказались от всех версий образования Ямальской воронки от внешних причин — по полученным данным формирование воронки связано с близповерхностными процессами в толще многолетнемёрзлых пород, которые привели к выбросу мощной толщи пород на поверхность. Большинство учёных связывают образование воронок с концентрацией газовых флюидов в верхней части разреза. Источник газовых флюидов остаётся дискуссионным — он может быть глубинной природы, мигрировавший к поверхности, так и сформироваться при массовой диссоциации пластовых газогидратов в мелкозалегающих коллекторах. Физико-химические модели процессов формирования воронки пока не могут воспроизвести образование воронок с именно такой морфологией[26]. Некоторые научные сотрудники разрабатывают криовулканическую гипотезу образования кратера.
Гипотеза образования воронки газового выброса
[править | править код]Повышение температуры воздуха и мерзлоты в течение последнего десятилетия (в особенности положительный пик лета 2012 года) привело к высвобождению газа из мерзлых пород и подземного льда[4]. Наличие перекрывающей кровли мощностью около 8 метров[27] из приповерхностных сильнольдистых пород с отрицательной температурой оказывало экранирующий эффект, способствуя длительному накапливанию газогидратов под поверхностью. Под действием нараставших высоких пластовых давлений кровля штока в течение десятков лет деформировалась с образованием крупного бугра. Впоследствии, когда в мерзлой кровле штока началось промерзание деятельного слоя, накопленные пластовые давления превысили давление толщи вышележащих пород. На стадии развития взрыва, вызванного резкой декомпрессией, произошёл сброс пород перекрывающей кровли, и началось лавинообразное дробление насыщенных сжатым газом кавернозных пород штока, последовательно развивающееся от поверхности до горизонта диссоциирующих реликтовых газогидратов в подошве штока. Раздроблённые продукты выброса переоткладываются на прилегающей местности в виде бруствера[13][18]. Подобный механизм описан в условиях подводного рельефа и приводит к образованию покмарков[англ.][4]
На Ямале широкое распространение получили круглые озёра с углублением в центре. Считается, что эти озёра имеют термокарстовое происхождение и связаны с вытаиванием пластов подземного льда. Поскольку обрушение стенок Ямальской воронки в верхней части привело к расширению кратера, уменьшению его глубины и в конечном итоге к возникновению озера, возможно, что и другие озёра Ямала, образовавшиеся в климатический оптимум голоцена, представляют собой следствие процесса газового выброса. На это указывает специфическое строение дна таких озёр: глубокая центральная часть и мелкий шельф, хорошо различимые на снимках с воздуха[4].
Гипотеза о криовулкане
[править | править код]В сентябре 2018 года группа исследователей из МГУ опубликовала статью в журнале Scientific Reports[англ.], в которой утверждается, что Ямальский кратер — первый обнаруженный на Земле криовулкан. В условиях низких температур вместо расплавленных скальных пород криовулканы извергают воду, аммиак, метан — как в жидком состоянии (криолаву), так и в газообразном. В земной криолитозоне главным породообразующим веществом является лед. Согласно гипотезе учёных, подобные кратеры образуются следующим образом: в глубоком талике под термокарстовым озером накапливается газ биогенного происхождения — так появляется бугор пучения. Затем под действием гидростатического давления, возникающего из-за замерзания и оттаивания льда мерзлоты углекислый газ взрывается, и начинается извержение воды и талых пород, которое может длиться до суток. После взрыва образуется кратер, окружённый валом. Похожие объекты известны на Церере, где криовулканом считается самая большая гора Ахуна, Энцеладе, Плутоне и других небесных телах. Ранее криовулканы ещё не были обнаружены на Земле, но специалисты не исключают, что они могут быть не только в Арктике, но и по всей планете[1].
Другие кратеры
[править | править код]Помимо описанного, на полуострове были обнаружены другие аналогичные кратеры. По состоянию на август 2020 года на Ямале обнаружено, изучено и задокументировано 17 подобных геологических образований.[28]
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 3 4 5 Sergey N. Buldovicz, 2018.
- ↑ Воронка на Ямале признана криовулканом — National Geographic Россия . Nat-geo.ru. Дата обращения: 13 февраля 2019. Архивировано 28 января 2019 года.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Кизяков А.И., Сонюшкин А.В., Лейбман М.О., Зимин М.В., Хомутов А.В. Геоморфологические условия образования воронки газового выброса и динамика этой формы на Центральном Ямале // Криосфера Земли. — 2015. — Т. XIX, № 2. — С. 15—25. — ISSN 1560-7496. Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Лейбман М.О., Кизяков А.И. Новый природный феномен в зоне вечной мерзлоты // Природа. — 2016. — № 2. Архивировано 23 апреля 2019 года.
- ↑ 1 2 Арефьев С.П., Хомутов А.В., Ермохина К.А., Лейбман М.О. Дендрохронологическая реконструкция процесса формирования газового бугра на месте Ямальской воронки // Криосфера Земли. — 2017. — Т. 21, № 5. — С. 107—119. — ISSN 1560-7496.
- ↑ 1 2 Сизов О.С. Дистанционный анализ последствий поверхностных газопроявлений на севере Западной Сибири // Геоматика. — 2015. — № 1. — С. 53 – 68. — ISSN 2410-6879. Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ Gas Blowouts on the Yamal and Gydan Peninsulas . GEO ExPro (24 декабря 2015). Дата обращения: 13 февраля 2019. Архивировано 14 февраля 2019 года.
- ↑ 1 2 Стрелецкая И.Д., Лейбман М.О., Кизяков А.И., Облогов Г.Е., Васильев А.А., Хомутов А.В., Дворников Ю.А. Подземные льды и их роль в формировании воронки газового выброса на полуострове Ямал // Вестник Московского университета. Серия 5 - География. — 2017. — № 2. — С. 91—99. Архивировано 21 сентября 2018 года.
- ↑ 1 2 Кожина Л.Ю., Микляева Е.С., Перлова Е.В., Синицкий А.И., Ткачёва Е.В., Черкасов В.А. Опасные современные проявления криоактивности — основные результаты исследования Ямальского кратера // Научный вестник Ямало-Ненецкого автономного округа. — 2015. — № 2. — С. 19—28.
- ↑ 1 2 3 Оленченко В.В., Синицкий А.И., Антонов Е.Ю., Ельцов И.Н., Кушнаренко О.Н., Плотников А.Е., Потапов В.В., Эпов М.И. Результаты геофизических исследований территории геологического новообразования "Ямальский кратер" // Криосфера Земли. — 2015. — Т. XIX, № 4. — С. 94—106. Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ Власов А.Н., Хименков А.Н., Волков-Богородский Д.Б., Левин Ю.К. Природные взрывные процессы в криолитозоне // Наука и технологические разработки. — 2017. — Т. 96, № 3. — С. 41—56. — ISSN 2079-5165. — doi:10.21455/std2017.3-4. Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ 1 2 3 Перлова Е.В., Микляева Е.С., Ткачёва Е.В., Ухова Ю.А. Ямальский кратер как пример быстроразвивающегося криогенного процесса в условиях потепления климата в Арктике // Научно-технический сборник "Вести газовой науки". — 2017. — № 3 (31). — С. 292—297. — ISSN 2306-8949. Архивировано 3 февраля 2019 года.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Хименков А.Н., Станиловская Ю.В., Сергеев Д.О., Власов А.Н., Волков-Богородский Д.Б., Мерзляков В.П., Типенко Г.С. Развитие взрывных процессов в криолитозоне в связи с формированием Ямальского кратера // Арктика и Антарктика. — 2017. — № 4. — С. 13—37. — doi:10.7256/2453-8922.2017.4.25094. Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ 1 2 Ельцов И.Н. и др. Бермудский треугольник Ямала . Наука из первых рук (28 ноября 2014). — том 59, № 5, «Из Сибири — всегда новое», ISSN 23102500. Дата обращения: 2 февраля 2019. Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ Хименков А.Н., Станиловская Ю.В. Феноменологическая модель формирования воронок газового выброса на примере Ямальского кратера // Арктика и Антарктика. — 2018. — 26 октября (№ 03). — С. 1—25. — ISSN 2453-8922. — doi:10.7256/2453-8922.2018.3.27524. Архивировано 7 марта 2019 года.
- ↑ 1 2 Хименков А.Н., Власов А.Н., Волков-Богородский Д.Б., Сергеев Д.О., Станиловская Ю.В. Флюидодинамические геосистемы в криолитозоне. 2 Часть. Криолитодинамические и криогазодинамические геосистемы // Арктика и Антарктика. — 2018. — 18 июля (№ 2). — С. 48—70. — doi:10.7256/2453-8922.2018.2.26377. Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ Елена Кудрявцева. В эпицентре ледяного взрыва // Огонёк. — 2018. — 17 сентября (№ 35). — С. 39. Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ 1 2 Богоявленский В.И. Выбросы газа и нефти на суше и акваториях Арктики и Мирового океана // Бурение и нефть. — 2015. — Июнь (№ 6). Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ Татьяна Бучинская. Ученые разгадали тайну ямальских «дыр» . Российская газета (26 августа 2014). Дата обращения: 2 февраля 2019. Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ Giant hole appears in Siberia: Huge crater emerges in the 'End of the world' . DailyMail (15 июля 2014). Дата обращения: 2 февраля 2019. Архивировано 30 июля 2019 года.
- ↑ Волкомирская Л.Б. и др. Исследование воронки на полуострове Ямал 10 ноября 2014г георадарами ГРОТ 12 и ГРОТ 12н // Научный вестник Ямало-Ненецкого автономного округа. — Салехард, 2015. — № 2. — С. 81—89.
- ↑ Первухина Е.А. Геоэлектрическое строение участка образования воронки газового выброса на полуострове Ямал по данным электротомографии // Материалы 54-й международной научной студенческой конференции МНСК-2016: Геология. — Новосибирск, 2016. — С. 54.
- ↑ Завершилась четвёртая экспедиция к ямальской воронке . Новости сибирской науки (13 июля 2015). Дата обращения: 2 февраля 2019. Архивировано 3 февраля 2019 года.
- ↑ Богоявленский В.И., Богоявленский И.В., Никонов Р.А. Результаты аэрокосмических и экспедиционных исследований крупных выбросов газа на Ямале в районе Бованенковского месторождения // Арктика: экология и экономика. — 2017. — № 3 (27). — doi:10.25283/2223-4594-2017-3-4-17. Архивировано 1 июня 2018 года.
- ↑ Богоявленский В.И., Мажаров А.В., Богоявленский И.В. Выбросы газа из криолитозоны полуострова Ямал. Предварительные результаты экспедиции 8 июля 2015 г. // Бурение и нефть. — 2015. — Июль-август (№ 7). Архивировано 2 февраля 2019 года.
- ↑ Сибирские учёные: природа Ямальского кратера дискуссионна . Новости сибирской науки (17 декабря 2018). Дата обращения: 2 февраля 2019. Архивировано 29 января 2019 года.
- ↑ Богоявленский В.И., Гарагаш И.А. Обоснование процесса образования кратеров газового выброса в Арктике математическим моделированием // Арктика: экология и экономика. — 2015. — № 3 (19). — С. 12—17. Архивировано 1 апреля 2017 года.
- ↑ Тайна ямальского кратера: ученые выясняют причины образования гигантской дыры . Дата обращения: 1 сентября 2020. Архивировано 2 сентября 2020 года.
Литература
[править | править код]- Происхождение загадочного кратера на Ямале//. 2018. № 11. С. // Наука и жизнь. — 2018. — № 11. — С. 51-52.
- Лейбман М. О., Кизяков А. И. Новый природный феномен в зоне вечной мерзлоты // Природа. — М., 2016. — № 2. — С. 15—24. — ISSN 0032-874X.
- 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) // Nature.com. — 2018. — 10 сентябрь. — ISSN 2045-2322. — doi:10.1038/s41598-018-31858-9.