В эпицентре ледяного взрыва

Российские ученые разгадали загадку происхождения гигантского кратера, неожиданно появившегося в 2014 году на Ямале. На протяжении четырех лет он оставался главной научной сенсацией для геологов всего мира

Ямальский кратер молод, но знаменит — когда он нежданно возник в 400 километрах от Салехарда в голой тундре, это стало мировой сенсацией. Первыми гигантский провал в земле — идеально круглую дыру, в которую могла бы провалиться целая многоэтажка — обнаружил экипаж надымского авиаотряда, работавший на местном газовом месторождении. Почти сразу об открытии непонятного кратера стало известно ученым и СМИ. Появились самые невероятные версии происхождения провала: от падения метеорита и землетрясения до НЛО и испытания нового секретного оружия.

Почему он вообще возник и как? Означает ли его появление, что нечто подобное может появиться и на других территориях Севера? Как неизвестное явление повлияет на окружающую действительность, скажется ли на добыче полезных ископаемых в регионе? Внятно объяснить природу феномена не мог никто, звучали только версии, достоверность которых будила воображение, но не более того.

И вот после четырех лет кропотливой работы ответы на главные вопросы дала экспедиция российских ученых из МГУ, опубликовав отчет об исследовании в престижном журнале Scientific Reports. «Огонек» обратился за разъяснениями к участнику экспедиции и одному из авторов публикации, профессору кафедры геохимии геологического факультета МГУ, профессору РАН Андрею Бычкову. Вот его рассказ.

Появление кратера на Ямале удивило всех: раньше события подобного масштаба в зоне многолетней вечной мерзлоты известны не были. Грандиозность произошедшего действительно потрясала: неожиданно, буквально на ровном месте, образовалась вертикальная полость диаметром около 20 метров и глубиной больше 50 метров. Ее идеально гладкие ледяные стены обнажили черно-белые полосы льда. Далеко внизу плескалась вода, вокруг кратера на несколько метров поднимался вал из грунта, а куски пород оказались разбросаны на несколько сотен метров вокруг. Вид был совершенно сверхъестественный, и, конечно, он наводил на мысли о какой-то фантастической природе явления.

Естественно, что ученые самых разных институтов со всей страны практически сразу же приступили к изучению кратера. Первыми приехали специалисты из Сибирского отделения РАН, они провели разведку на местности и спустились в кратер. Проверяли самые разные гипотезы: искали признаки метеорита, какие-либо вредные воздействия наподобие радиации или химических веществ. Но ничего этого найдено не было.

Преимущество нашей экспедиции, организованной Московским государственным университетом им. Ломоносова, оказалось в том, что мы смогли привлечь специалистов самых разных направлений. В итоге получилась сводная команда, куда вошли и геокриологи, который знают все про вечную мерзлоту, и геохимики, которые понимают в химии Земли, и вулканологи, которые изучают обычные вулканы и хорошо представляют, как происходят похожие взрывы.

В итоге мы завезли буровые установки, которые работали вокруг кратера, и провели целый комплекс геохимических и геофизических работ. Это и позволило разгадать загадку происхождения кратера, то есть понять механизм его образования и увидеть, что подобные события могут происходить и в других местах.

Что произошло?

Сейчас мы уже можем описать, как именно образовался этот кратер. Скорее всего, он появился из холма, высотой примерно 10–15 метров. Сначала на его вершине начали извергаться мощные струи газа, при этом куски мерзлых пород летели по воздуху на сотни метров…

Скорее всего это было похоже на то, как работает огнетушитель: при выходе на поверхность углекислота резко охлаждалась и выпадала в виде сухого льда. Затем вскипела вода, которая находилась под газом, она снесла ледяную крышку, вспенилась и разлилась вокруг.

При этом сам взрыв был не очень мощный, потому что давление в этой «камере» не превышало 10 атмосфер. Потом яма медленно извергала глину. Потом яма медленно извергала глину, насыщенную газом из-за разложения газовых гидратов. Подобный процесс очень медленный, и эта стадия могла длиться несколько суток.

Внутри льда

Физика процесса в криовулкане сводится к тому же, что происходит с водой, залитой в бутылку и выставленной на мороз. Мы знаем, что в этом случае стекло не выдержит внутреннего давления, которое создает кристаллизующийся лед, и лопнет.

Подобного рода эффекты постоянно происходят и в Арктике, когда на отдельных участках в мерзлоте возникают участки с подтаивающими фрагментами. Лопаться, правда, там особо нечему, поэтому высокое внутреннее давление создает то, что мы называем «бугры пучения». Если летишь над тундрой, то видишь, что их очень и очень много. Большинство из них трескаются, тогда изнутри выливается вода. Особенность аномалии на Ямале в том, что мы впервые столкнулись с участием в этом процессе газа, накопившегося в недрах системы — огромной полости, повторяющей форму кратера. Этот газ имеет биогенное происхождение, фактически это болотный газ, который скопился подо льдом. Более того, под газовым слоем оказалась талая вода и грунт.

Углекислота, как известно, хорошо растворяется в воде, так что в итоге под землей оказалась настоящая газировка, которая в конечном счете вылетела из-под земли, как шампанское из бутылки. А после этого, на завершающей стадии процесса в талом грунте, заполняющем эту полость, начали разлагаться газовые гидраты углекислоты, а газ выталкивал наружу грунт, образуя вокруг новорожденного кратера вал.

Наличие трех стадий процесса, связанных (последовательно) с извержением газа, воды и грунта, позволили нам назвать этот процесс криовулканизмом.

Родина криовулканов

Впервые криовулканизм как явление описали при изучении спутника Сатурна: на его поверхности обнаружили ледяные струи, устремленные в космос. На Земле похожее явление было известно для северных территорий, но в несравнимо меньшем объеме. В основном происходило растрескивание, образование щелей в грунте и так далее. Криовулканизмом их не называли, потому что в них не было выраженных трех стадий процессов.

Так что ямальский криовулкан — первый объект такого рода, обнаруженный на Земле, но, я думаю, что он далеко не единственный.

Сложность в том, что такие объекты располагаются в арктической зоне, где их элементарно сложно заметить.

Наш криовулкан обнаружили благодаря стечению обстоятельств: Ямал сейчас очень активно осваивается, поэтому над этим местом в день пролетает несколько вертолетов, рядом расположено крупнейшее газовое месторождение Бованенково. В обычных случаях пилот не может изменить маршрут, чтобы устроить облет или посадку, но повезло и тут: кратер заметило руководство разрабатываемого месторождения, которое и дало команду начать исследование — тревогу вызывал масштаб произошедшего и потенциальная угроза для производства.

Сразу после того, как о ямальском кратере стало широко известно, посыпались сообщения из разных мест о других подобных объектах. Скажем, в 2017 году было обнаружено два аналогичных объекта. Но, к сожалению, криовулканы живут очень недолго, заполняются водой и превращаются в круглое озеро, а из крупных известен только один — наш.

«Бугры пучения»

Событие, подобное ямальскому криовулкану, разовое. Это значит, что второй раз подобный процесс именно в этом месте не произойдет. Но это не значит, что он не может начаться где-то рядом — в зоне вечной мерзлоты встречаются сотни «бугров пучения». Теперь, правда, мы «вооружены» и можем сказать, где возможны сюрпризы: исследование кратера позволило нам установить определенный набор ландшафтных, геохимических и геофизических признаков, которые позволяют определить, есть ли под «бугром пучения» газовая полость.

Конечно, подобная работа требует дополнительных усилий и средств. Понадобятся и геофизические методы электроразведки, и применение георадара, и бурение скважин с отбором газа и мерзлого грунта, и геохимическая поверхностная съемка, и изучение структуры на местности — иначе не определить, какое из обнаруженных образований несет потенциальную опасность. Но главное — это возможно.

Сегодня очевидно, что криовулканические процессы могут происходить на территории всего арктического Севера, где залегает мощная зона многолетних мерзлых пород и средние годовые температуры ниже нуля. А значит, при нашем продвижении в Арктику нас ожидает еще множество совершенно неизученных, новых явлений, которые раньше не были описаны.