Het mysterie van exploderende Siberische kraters

Het mysterie van exploderende Siberische kraters
Het mysterie van exploderende Siberische kraters
Anonim

Op het verre Yamal-schiereiland, gelegen voorbij de poolcirkel, begonnen enorme wonden te verschijnen in de permafrost - er gebeurt iets ondergronds, dan breekt er iets uit de diepte naar de oppervlakte, wat wetenschappers zorgen baart. Russische en Amerikaanse wetenschappers vertellen over de mogelijke redenen voor dit fenomeen.

Deze wonden op de grond verschenen plotseling en onmiddellijk, waarna enorme pokdalingen op het oppervlak achterbleven.

Aan de randen van de resulterende krater is de grond een grijs en grof mengsel van ijs en stukjes permafrost. De wortels van planten - ze verschenen aan de oppervlakte na de vorming van een krater - hebben sporen van verbranding. Dit stelt ons in staat om te beoordelen welke machtige krachten hebben deelgenomen aan de vorming van dit gat in het centrale deel van het Siberische Noordpoolgebied.

Als je het vanuit de lucht bekijkt, valt het pas ontdekte kale land meteen op tegen de achtergrond van groene toendra en donkere meren eromheen. De lagen aarde en rotsen die in dit cilindrische gat te zien zijn, zijn bijna zwart van kleur, en tegen de tijd dat wetenschappers deze plek bereikten, was er al water op de bodem verzameld.

Onder hen was Evgeny Chuvilin, een geoloog aan het in Moskou gevestigde Skolkovo Institute of Science and Technology. Hij vloog per vliegtuig naar deze uithoek van het Yamal-schiereiland in het noordwesten van Siberië om het fenomeen te zien. Deze put, 50 meter diep, kan de belangrijkste puzzelstukjes bevatten die hem de afgelopen zes jaar hebben achtervolgd sinds de ontdekking van het eerste dergelijke gat elders op het schiereiland Yamal.

Deze krater (20 meter breed en 52 meter diep) is in 2014 ontdekt door een helikopterpiloot die er overheen vloog. Het gebeurde ongeveer 42 kilometer van het aardgasveld van Bovanenkovo op het schiereiland Yamal. Wetenschappers die de site bezochten, waaronder Marina Leibman, hoofdonderzoeker van het Institute of the Cryosphere of the Earth (Siberische tak van de Russische Academie van Wetenschappen), die al meer dan 40 jaar permafrost in Siberië bestudeert, noemden wat ze daar zagen als een geheel nieuw fenomeen in het permafrostgebied. Analisten die satellietbeelden bestudeerden, meldden later dat deze gasemissiekrater (GEC) - genaamd GEC-1 - ergens tussen 9 oktober en 1 november 2013 is gevormd.

De laatste van deze kraters werd in augustus van dit jaar ontdekt door leden van een televisieploeg, toen ze met wetenschappers van de Russische Academie van Wetenschappen en lokale functionarissen over de site vlogen tijdens een expeditie naar Yamal. Zo bereikte het totale aantal kraters op Yamal en op het naburige Gydan-schiereiland 17.

De redenen voor het verschijnen van deze enorme gaten in de permafrost, evenals de snelheid van hun vorming, blijven echter mysterieus. Er zijn ook onbeantwoorde vragen over wat ze kunnen betekenen voor de toekomst van het noordpoolgebied en voor de mensen die daar wonen en werken. Voor veel Arctische onderzoekers is het verschijnen van deze dalen een zorgwekkend teken, wat lijkt te betekenen dat er een radicale verandering plaatsvindt in deze koude en dunbevolkte gebieden in het noorden van onze planeet.

Recent onderzoek heeft echter geleid tot enige speculatie over wat daar werkelijk aan de hand is. Wat wel duidelijk is, is dat deze gaten niet worden gevormd als gevolg van geleidelijke neerslag als de permafrost smelt en onder het oppervlak zakt. Hun opleiding is explosief.

"Als er een explosie plaatsvindt, worden grote stukken land en ijs honderden meters van het epicentrum weggeslingerd", zegt Chuvilin. “We hebben hier te maken met een kolossale kracht gecreëerd door zeer hoge druk. Het blijft echter een raadsel dat deze druk zo hoog is."

Chuvilin maakt deel uit van een groep Russische wetenschappers - ze werken samen met hun collega's over de hele wereld - die de locaties van deze kraters bezoeken om monsters te verzamelen en verschillende metingen uit te voeren. Ze proberen beter te begrijpen wat er gebeurt in de diepten van de toendra, onder het oppervlak.

Sommige wetenschappers vergelijken deze kraters met cryovulkanen - vulkanen die ijs uitspuwen in plaats van lava. Het is algemeen aanvaard dat dergelijke vulkanen in sommige afgelegen delen van ons zonnestelsel voorkomen - op Pluto, Titan, de maan van Saturnus en ook op de dwergplaneet Ceres. Met de opeenstapeling van waarnemingen in verschillende perioden van hun evolutie, werden de resulterende gaten echter "gasemissiekraters" genoemd. Met deze naam kunt u een idee krijgen van de aard van hun formatie.

"De analyse die is uitgevoerd op basis van beelden die zijn verkregen met behulp van satellieten, laat zien dat als gevolg van de explosie een gigantisch gat is gevormd op de plaats van een kleine heuvel van deining", zegt Chuvilin. Deze verhogingen zijn gewelfd en worden gevormd op het moment dat een laag bevroren grond door water naar de oppervlakte wordt geduwd, en dan begint het daar opgehoopte water te bevriezen. Het resulterende ijs zet uit en vormt een kleine heuvel. Dergelijke verhogingen, waarvoor het lokale Yakut-woord "bulgunnyakh" ook in het Russisch wordt gebruikt, verschijnen en verdwijnen wanneer de seizoenen veranderen. In een groot deel van het noordpoolgebied zinken deze deinende heuvels uiteindelijk in de grond in plaats van te exploderen.

Het is duidelijk dat deze verhogingen in het noordwesten van Siberië zich anders gedragen. Volgens Chuvilin groeien ze snel en bereiken ze een hoogte van enkele meters, maar dan explodeert hun top plotseling. Blijkbaar is het niet het ijskoude water dat ze naar de oppervlakte duwt, maar het gas dat zich ondergronds ophoopt.

"Deze uitstulpingen hebben zich in de loop van de tijd gevormd", zegt Sue Natali, ecoloog en Arctisch expert [ze bestudeert permafrost en is directeur van het Arctic Program for the Woods Hole, Massuchusetts Climate Research Center. George Woodwell (Woodwell Climate Research Center)]. "Dit soort met gas gevulde heuvels vormen zich door de jaren heen."

Onderzoek naar de jaarringen van wilgentakken gevonden tussen het afgedankte gesteente (dit gebeurde in 2014 na de explosie en de vorming van de eerste krater) leidde tot de conclusie dat deze planten sinds de jaren veertig onder stress staan. Experts vermoeden dat dit zou kunnen zijn gebeurd als gevolg van bodemvervorming.

"Er zijn echter aanwijzingen dat de levenscyclus van gasemissiekraters erg kort kan zijn, variërend van drie tot vijf jaar", zegt Alexander Kizyakov, een cryolitholoog aan de Lomonosov Moscow State University. Een van de kraters, gevormd in de zomer van 2017 en bekend als SeYkhGEC, ontdekt met behulp van een satellietbeeld, begon zich in 2015 voor het eerst in de bodem te vormen.

Dezelfde sporen en zwellingen in verband met het vrijkomen van gaszakken werden gevonden op de bodem van de Karazee, nabij het Yamal-schiereiland, en andere in het gebied van de Barentszzee. Tot nu toe is er volgens Natalie echter nog nooit zoiets gevonden op het land in andere delen van het noordpoolgebied.

Sommige processen die verband houden met permafrost in Yamal en het schiereiland Gydan zijn de reden voor de explosie van dergelijke heuvels. "De grond daar heeft bepaalde eigenschappen", zegt ze.- Daar vormt zich een heel dun laagje ijs, het is plaatijs, dat een soort dicht bovendeel van de permafrost vormt. Bovendien worden daar ook talloze cryopegs gevormd, dat wil zeggen gebieden met niet-bevroren grond omringd door echte permafrost - we kunnen zeggen dat dit een soort sandwiches zijn. Er is ook een derde kenmerk: zeer diep gelegen olie- en aardgasvelden”.

Een van deze kraters werd onlangs bestudeerd door Chuvilin - de breedte van de krater is 20 meter, het werd "Yerkuta" genoemd naar de rivier, in de uiterwaarden waarvan het verscheen. Blijkbaar is het gevormd op de bodem van een droog meer. Toen het meer verdween, bleef daar een niet-bevroren laag grond achter, die een talik wordt genoemd, en daar begint zich gas op te hopen. Chuvilin gelooft echter dat de exacte bron van de kraterformatie nog niet kan worden genoemd. "De belangrijkste vraag in de studie van de krater is om de bron te bepalen van het gas dat zich ophoopt onder de permafrost", zegt Chuvilin. "Zodra er een krater verschijnt, is daar geen gas meer."

Lokale rendierherders meldden vlammen en rook te hebben gezien nadat een krater in juni 2017 was geëxplodeerd.

Op dit moment worden problemen met betrekking tot de evolutie van deze deinende heuvels, en ook met hoe gas daar komt, zorgvuldig bestudeerd. "Het is van groot belang dat we hier mogelijk te maken hebben met een nieuw of voorheen onbekend geochemisch proces waar we eerder geen idee van hadden", zegt Natalie.

Genoeg ontdekkingsreizigers die in dergelijke kraters afdaalden, vonden daar verhoogde niveaus van methaan, wat suggereert dat dit gas waarschijnlijk van onderaf opstijgt. Een van de leidende theorieën is dat methaan, dat zich op grote diepte onder de permafrostlaag bevindt, via niet-bevroren zakken naar boven probeert te stijgen, waardoor het zich ophoopt onder de ijslaag. Volgens een ander idee begint het hoge gehalte aan koolstofdioxide in het water in dergelijke ontdooide zakken naar boven te stijgen als het water bevriest, en het resterende water is niet in staat om het opgeloste gas vast te houden.

Naast methaan en koolstofdioxide kunnen kraters ook worden veroorzaakt door micro-organismen die aanwezig zijn in niet-bevroren bodemzakken. Ze ontleden organische materialen, wat resulteert in de vorming van gassen, zei Chuvilin. Methaanisotoopanalyse bij een van deze kraters lijkt dit standpunt te ondersteunen, maar de activiteit van methaanproducerende microben is extreem laag gebleken in meren die op de bodem van dergelijke kraters zijn gevormd - zelfs laag voor koude breedtegraden waar ze zich bevinden.

Methaan kan echter ook direct door ijs dringen. De gassen kunnen vast komen te zitten in waterkristallen in permafrost, en dan vormen ze nogal vreemde materialen die bekend staan als gashydraten. Bij het ontdooien komen gassen vrij.

"Misschien zijn er andere vormingsmechanismen die moeilijk in de vorm van een enkel model kunnen worden weergegeven", zegt Chuvilin. "Veel hangt af van de omgeving en de aard van het gebied." Er is volgens hem minstens één krater op de rivierbedding gevonden.

Ongeacht de bron kan worden aangenomen dat gassen zich ophopen onder niet-bevroren lagen van de aarde, een dichte ijskorst van 5-6 meter beginnen op te tillen en dan barsten als een kookpunt (hoewel dit een zeer levendige analogie is, is het niet zo erg, het zijn zeer vergelijkbare internetgebruikers die onder de indruk zijn van video's van mensen die hun puistjes uitknijpen, en sommige wetenschappers zijn onder de indruk van één soort Yamal-kraters: "Het was een combinatie van het onbekende en het risico dat hiermee gepaard gaat kraters, en dat is wat mij aantrekt", geeft Natalie toe).

Wanneer deze heuvels uiteindelijk ontploffen, ziet het geheel er eigenlijk heel kleurrijk uit. De aarde en het ijs bovenop deze met gas gevulde holtes, evenals andere inhoud van de niet-bevroren delen, stijgen allemaal 300 meter hoog na de explosie. De explosie is zo krachtig dat stukken aarde van een meter dik omhoog komen, wat resulteert in een hoge borstwering, een brede mond en een smaller cilindrisch gat bij de krater - men denkt dat dit een niet-bevroren zak is. Lokale rendierherders zeggen dat ze vlammen en rook hebben gezien na een explosie op een krater in juni 2017 nabij de oevers van de Mydriyakha-rivier. Bewoners van het nabijgelegen dorp Seyakha - het ligt ongeveer 33 kilometer ten zuiden van deze krater - zeggen dat het gas bijna 90 minuten brandde en dat de hoogte van de vlam 4-5 meter bereikte.

Na een jaar of twee vallen de randen van deze donkere en sombere wond uiteen en vullen ze zich met water.

Deze regio is een van de dunst bevolkte ter wereld, maar de kraterformatie zo dicht bij de nederzetting is zorgwekkend. De regio heeft ook een groot aantal olie- en gaspijpleidingen en andere infrastructuurelementen, die allemaal worden gebruikt om fossiele brandstoffen te winnen die verborgen zijn onder de permafrost.

"We weten nog niet of dit een risico vormt voor de mensen in het noordpoolgebied", zegt Natalie. Zij en haar collega's proberen deze specifieke vraag te beantwoorden en zijn ook op zoek naar andere kraters met behulp van satellietbeelden met hoge resolutie.

"Zodra we iets vinden dat op een krater lijkt, gebruiken we een tijdreeks van beelden met een zeer hoge resolutie, wat betekent dat we het hebben over satellietbeelden die op verschillende tijdstippen zijn genomen, en dan proberen we vast te stellen wanneer ze gevormd zijn", zegt ze. Blijkbaar suggereert het werk van deze specialisten dat er meer kraters zijn dan eerder werd gedacht. "Tot nu toe hebben we de plaatsen van de vorming van twee nieuwe kraters geïdentificeerd en bevestigd, en er zijn nog een aantal kraters, de bevestiging van het bestaan waarvan we momenteel bezig zijn. We hebben ongeveer twee dozijn van deze kraters in de categorie "zeer waarschijnlijk" en zijn ze momenteel aan het onderzoeken. Gezien het feit dat we er in 2013 helemaal niets van wisten, kunnen er meer zijn. meer".

Uiteindelijk hopen Natalie en haar teamleden genoeg data te verzamelen om het zoekproces te automatiseren. Hun belangrijkste doel is om een algoritme te ontwikkelen dat het verschijnen van kraters zou voorspellen nog voordat ze zich vormen, en hiervoor is het noodzakelijk om naar gasheuvels te zoeken met behulp van satellietbeelden.

"We hopen een resultaat te bereiken waarmee we de locatie van mogelijke kraters kunnen bepalen nog voordat ze zich vormen", zegt Natalie. “De behoefte aan informatie over dergelijke processen is vooral groot in die gebieden waar mensen wonen, waar pijpleidingen lopen, waar elementen van de olie- en gasinfrastructuur zich bevinden.”

Proberen vast te stellen hoe vaak deze kraters voorkomen, is een langzaam proces. Na een gewelddadig vormingsproces verdwijnen de meeste bijna even snel. Zo werd het gat dat ontstond na de explosie bij het dorp Sayakha - 70 meter breed en meer dan 50 meter diep - slechts vier dagen later gevuld met water, veroorzaakt door de nabijheid van de rivier. Dit soort transformatie van een gat in een meer kan worden beschouwd als een vrij onschuldig einde aan zo'n dramatisch fenomeen.

Andere kraters vullen zich langzamer met water, maar na een jaar of twee storten de scherpe randen van deze donkere en sombere wond in, vullen zich met water en worden bijna niet te onderscheiden van de duizenden andere kleine cirkelvormige meren - ze worden thermokarstmeren genoemd - die overal verspreid liggen het gebied. Het is nog niet duidelijk welke hiervan littekens zijn die doen denken aan gasemissies.

"Het is mogelijk dat sommige van deze meren in de permafrostzone kraters zijn die gevuld zijn met water", zegt Kizyakov. "Het is te vroeg om te zeggen hoe algemeen het mechanisme van meervorming is."

Sommige experts proberen meren te identificeren die worden veroorzaakt door het vrijkomen van gas door de chemicaliën in het water te analyseren, maar tot nu toe hebben ze geen algemene patronen kunnen identificeren.

Pogingen om te bepalen hoe vaak dergelijke gebeurtenissen zijn, zijn niet alleen een kwestie van nieuwsgierigheid. Er is een groeiende bezorgdheid dat het ontstaan van dergelijke kraters in het noordwesten van Siberië mogelijk verband houdt met grotere veranderingen in het noordpoolgebied als gevolg van klimaatverandering.

De oppervlaktetemperaturen in het noordpoolgebied stijgen met tweemaal het wereldwijde gemiddelde, en dit zorgt ervoor dat in de zomermaanden grote hoeveelheden permafrost smelten.

Dit alleen al verandert het Arctische landschap al en leidt tot bodemdaling en aardverschuivingen, die dooidalingen worden genoemd. Siberië lijkt het grootste aantal van dergelijke aardverschuivingen ter wereld te hebben - de grootste daarvan is het Batagayk-bekken - eerst, in de jaren zestig, was er slechts een klein ravijn en nu is de breedte van deze krater 900 meter.

"Voor zover ik weet, veroorzaakt klimaatverandering nergens ter wereld zo'n verandering in de fysieke samenstelling van de bodem", zegt Natalie.

Verborgen onder de Arctische permafrost is een enorme hoeveelheid koolstof - ongeveer het dubbele van wat zich momenteel in de atmosfeer van de aarde bevindt. Voor het grootste deel zijn dit bevroren overblijfselen van dieren en andere organische materialen, evenals het methaan dat in deze ijskristallen is opgesloten - dit zijn de gashydraten waar Chuvilin eerder over sprak. Wanneer de grond aan het oppervlak ontdooit, kunnen micro-organismen organisch materiaal afbreken, met als gevolg dat methaan en koolstofdioxide worden gevormd als bijproduct van dit proces, terwijl het methaan in de ijsmassa ook vrijkomt.

Dit methaan, een krachtig broeikasgas dat onder de permafrostlagen ontsnapt, heeft het potentieel om de opwarming van de aarde te versnellen en zo verder smelten te veroorzaken.

In Yamal suggereren de kraters echter dat een ander proces veelbelovend is, waardoor nog meer onzekerheid wordt toegevoegd aan een complexe feedbacklus tussen stijgende temperaturen, smeltende permafrost en uitstoot van broeikasgassen. Als blijkt dat methaan dat zich diep onder de permafrostlaag heeft opgehoopt door de doorgaans ondoordringbare permafrostlagen naar buiten begint te sijpelen, kan dit een signaal zijn dat de bevroren ijskorst boven het toendra-oppervlak meer doorlaatbaar wordt. Dit zou nog meer onzekerheid kunnen betekenen over hoe veranderingen in het noordpoolgebied de bredere opwarming van de aarde op onze planeet zullen beïnvloeden.

"Deze kraters zijn zeer schokkend bewijs van wat er in het Noordpoolgebied in het algemeen gebeurt", zegt Natalie. - Als je kijkt naar de veranderingen die plaatsvinden in deze hele regio, dan gebeuren sommige geleidelijk, terwijl andere - plotseling. Zeer weinig van hen zijn explosief, maar dit alles zorgt ervoor dat we aandacht besteden aan hoe ze allemaal bijdragen aan een toename van de uitstoot van broeikasgassen in de atmosfeer”.

Hoewel experts het mysterie van de Yamal-kraters nog moeten ontrafelen, kan nu al worden geconcludeerd dat we ze in de toekomst waarschijnlijk goed in de gaten moeten houden.

Aanbevolen: