西伯利亚亚马尔半岛的巨洞之谜
在北极圈的一个偏远半岛上，永久冻土层中出现了一些巨大的裂缝，而令科学家们担心的东西似乎正在地下喷发。
突然爆炸后，地面留下了一个不规则的弹坑。 坑的边缘，是破碎的地面，灰色的冰与永久冻土混合在一起。 坑洞边缘植物根部裸露，呈现烧焦痕迹。 所有这些都告诉我们，西伯利亚北极中部的这个陨石坑的形成过程是多么剧烈。
这些坑洼是更广阔的北极地区正在发生的情况的非常令人震惊的指标 这些坑洼是更广阔的北极地区正在发生的情况的非常令人震惊的指标
从空中俯瞰，新暴露的泥土在绿色苔原和周围黑色湖泊的映衬下显得格外引人注目。 仔细一看，可以发现圆柱形坑内的土壤和岩石几乎都是黑色的。 当科学家来到洞口时，洞底已经形成了一个水池。
叶夫根尼丘维林 ( ) 是这里的第一批地质学家之一，他在俄罗斯莫斯科斯科尔科沃科学技术研究所工作。 这个陨石坑深约 50 米，可能是困扰他六年之久的谜团中最关键的部分之一。 自从在亚马尔半岛的另一个地点发现第一个神秘陨石坑以来，这个谜团就一直困扰着他。
当时的陨石坑宽约20米，深约52米。 它于2014年被一名直升机飞行员在其上空发现，距离亚马尔半岛博瓦年科沃（）气田约42公里。 参观过该洞穴的科学家——包括研究西伯利亚永久冻土 40 多年的地球冰冻圈研究所首席科学家玛丽安娜莱布曼——将其描述为全新的永久冻土层。 特征。 后来对卫星图像的分析显示，该陨石坑（现称为 GEC-1）形成于 2013 年 10 月 9 日至 11 月 1 日之间的某个时间。
2020 年 8 月，电视台工作人员在与俄罗斯科学院科学家团队以及亚马尔当地政府官员一起进行飞行拍摄时发现了最新的巨洞。 这一发现使亚马尔半岛和邻近的格达半岛已发现的巨洞总数达到17个。
但究竟是什么导致了永久冻土层中这些巨大的洞，以及它们是如何突然形成的，在很大程度上仍然是一个谜。 它们对北极的未来意味着什么，以及它们将如何影响当地人的生活和工作，这些都是悬而未决的问题。 对于许多研究北极的科学家来说，这个巨大洞的形成是一个令人不安的迹象，表明在这片寒冷且人烟稀少的北方土地上正在发生一些根本性的事情。
巨洞是如何形成的？
然而，最近的研究开始揭示这一现象。 可以肯定的是，这些洞并不是由于永久冻土融化并移动到地表以下并逐渐下沉而形成的； 它们是由爆炸形成的。
叶夫根尼丘维林说：“爆炸发生时，大块的土壤和冰块被抛到距离爆炸中心数百米远的地方。” “我们看到的是一股巨大的力量，来自极高的压力。为什么地下的压力如此之高仍然是个谜。”
叶夫根尼楚维林 ( ) 是俄罗斯科学家团队的一员，该团队与世界各地的同事合作，一直在探索这些巨大的洞，采集样本并测量数据，希望能更好地了解苔原下面正在发生的事情。
一些科学家将这些巨大的洞穴与冰火山进行了比较。 冰火山存在于遥远的天体上，例如太阳系的冥王星、土星的卫星泰坦和矮行星谷神星。 它们喷发的不是熔岩，而是由水、氨和甲烷等挥发物组成的冰岩浆。 然而，随着越来越多不同演化阶段的北极巨洞被研究，这些巨洞也被称为“气体排放坑”（气体）。 从这个名字，我们可以得到一些关于它们是如何产生的线索。
叶夫根尼丘维林说：“基于卫星图像的分析表明，爆炸发生在原本是土堆的地方，形成了一个大陨石坑。” 冰皋即冻土丘，又称冰丘，是一种圆顶状的土丘。 当一层冰冻的地面被下面的流水推入土丘并且水开始冻结，导致土丘膨胀时，就会形成冻胀土丘。 在俄罗斯，这种地貌也被称为“雅库特语”。 它们随着季节的变化而潮起潮落。 加拿大发现的一些冻胀土丘已有 1,200 年的历史。 然而，在北极的大部分地区，这些土丘最终往往会倒塌而不是爆炸。
显然，西伯利亚西北部的这些土丘非常不同。 叶夫根尼丘维林解释说，它们“膨胀得非常快，可以被推到几米的高度”，然后突然爆炸。 更重要的是，它们并不是被冰冻的水推上来的，而是被似乎是地下气体积聚的东西推上来的。
“冻胀需要几十年的时间才能形成，并且可以持续很长时间，”研究永久冻土的北极生态学家、美国伍德韦尔气候研究中心北极项目主任苏娜塔莉说。 ）说，“这些充满气体的土丘是在几年的时间内形成的。”
在2014年发现的第一个大洞中，科学家在爆炸的残留物中发现了灌木柳树的年轮。 对这些年轮的研究表明，自 20 世纪 40 年代以来，这些植物就一直处于压力之下。 研究人员表示，这些应力可能来自地面变形。
“然而，有证据表明，气体排放天坑的寿命非常短，从三到五年不等，”俄罗斯罗蒙诺索夫莫斯科国立大学的冰川学家亚历山大基兹亚科夫说。 。 卫星图像显示，一个名为“地球”的巨大洞于 2017 年初夏形成，并早在 2015 年就开始使地面变形。
爆炸土堆
在距离亚马尔半岛不远的喀拉海底也发现了与空化排放相关的类似坑和土丘，在巴伦支海也发现了类似的痕迹。 但苏娜塔网莉表示，到目前为止，在北极的任何其他陆地上还没有发现类似的地貌。
亚马尔半岛和盖达半岛的永久冻土很容易形成爆炸土丘。 “那里的景观有一些独特的特征，”苏娜塔莉说。 “这个地区有一层很厚的冰，叫做平冰，相当于永冻土上面覆盖了一层毯子。。这个地方还有很多地貌，叫做湿冷土（），也就是不冻土的区域周围都是永冻土，相当于永冻土三明治。第三个特点是天然气和石油矿藏非常深厚。
埃尔库塔巨洞 ( Giant Cave) 是叶夫根尼楚维林 ( ) 最近发现的一个深坑，宽约 20 米，因其所在的洪泛区而得名。 这个坑洼似乎是在干涸的牛轭湖上形成的。 当湖泊消失时，它下面会留下一块未冻的土地，称为塔利克，气体在那里积聚。 但叶夫根尼丘维林也指出，气体的确切来源在很大程度上仍不清楚。 “坑洼研究的关键问题是确定永久冻土表面下积聚的气体的来源，”他说。 “坑洞出现很久之后，气体就消失了。”
追踪这些土丘的演化以及气体是如何到达那里的，是当前研究的重点。 苏娜塔莉说：“有趣的是，可能正在发生一种我们没有想象到或以前未知的新型地球化学过程。”
研究人员勇敢地潜入陨石坑内部，发现坑底汇聚的水中含有大量甲烷，这表明甲烷可能是从下面冒出的。 一种主要理论是，这种深埋在永久冻土层下的甲烷气体以某种方式找到了它的出路，从冰盖下未结冰的区域升起。 另一个想法是，在这些未结冰的坑中，当水开始结冰时，剩余的水不再能容纳高浓度的溶解二氧化碳，气体开始冒泡。
叶夫根尼楚维林说，甲烷和二氧化碳的另一个来源可能是在未冻土地上繁殖的微生物，它们分解有机物并释放气体。 在一个特别引人注目的陨石坑中，研究人员对甲烷进行了同位素分析，似乎证实了这一点。 但在最近形成的坑洼底部的湖泊中，产甲烷菌的活性特别低——即使是在它们发现的寒冷环境中。
不过，甲烷也可能从冰中泄漏。 这些气体可能被困在永久冻土的晶体中，形成一种奇怪的冷冻物质，称为气体水合物。 当气体水合物熔化时，气体被释放。
“我们认为可能存在不同的形成机制，很难用单一模型来描述，”叶夫根尼丘维林说，“这在很大程度上取决于环境和景观。” 他指出，至少在河床上发现了一个坑洞。
无论气体的来源如何，研究人员基本上认为气体会积聚在未结冰的地面凹陷处，将坚硬、平坦的冰盖推高5到6米，直到像沸腾一样破裂。 一些科学家发现他们被亚马尔半岛所吸引。 “我对未知的事物以及与这些坑洼相关的风险着迷，”娜塔莉承认。
当土堆最终爆炸时，看起来确实很壮观。 膨胀坑上方的泥土和冰，以及未冻结部分的大部分物质，被扔到了 300 米之外。 力道之大，一米宽的土块都会被抛到外面，留下一个边缘凸起、口部宽阔、下方较窄的圆柱形洞——应该就是未冻坑了。 当地驯鹿牧民称，2017年6月，河岸上的一个坑洼爆炸后，看到火焰和浓烟。在坑洼以南约33公里的村庄，村民表示，瓦斯持续燃烧了约90分钟，火焰达到4至4度。高5米。
在这个人口稀少的地区，距离定居点如此之近的爆炸引起了人们的关注。 该地区还遍布石油和天然气基础设施管道，试图获取埋在永久冻土下的化石燃料。 “我们还不知道这些事件是否对北极地区的人们构成威胁，”苏娜塔莉说。 她和她的同事一直试图在高分辨率卫星图像中寻找其他坑洼的迹象来回答这个特定的问题。
“一旦我们发现坑洞之类的东西，我们就会使用非常高分辨率的时间序列图像（在不同时间对同一地点拍摄的卫星照片）来尝试找出它们的形成时间，”苏纳塔莉解释说。 他们的研究似乎表明坑洼比之前想象的要多。 “到目前为止，我们已经确定并确认了两个新的坑洞位置，还有几个坑洞位置我们仍在确认中。在我们‘非常有可能’的类别中，有两打候选者即将退出。鉴于我们对他们一无所知， 2013 年，看起来可能会有更多的坑洼。”
最终，苏娜塔莉和她的团队希望收集足够的数据来自动化搜索过程。 他们的最终目标是创建一种算法，通过在卫星图像中寻找可能的通风土丘，在坑洞形成之前对其进行预测。
“我们希望在它们形成之前看到它们，”苏纳塔莉说，“我们特别想知道这种情况何时发生在有人居住、拥有管道和其他天然气和石油基础设施的地区。” 信息。”
目前，弄清楚这些坑洼的普遍程度是一个缓慢的过程。 爆炸后形成的弹坑大部分可能很快就会消失在荒野中，比如村庄附近爆炸留下的弹坑——宽70米，深50多米——由于靠近河流，短短几分钟内就充满了水。 4天。 一场暴力事件之后，坑洼变成了湖泊，这似乎是一个相当无伤大雅的结局。
其他坑洼需要更长的时间才能填补，但在一到两年的时间里，洞的边缘逐渐侵蚀并开始充满水，几乎不可能与数千个其他小区域一起环绕。 湖泊（称为热喀斯特湖）是有特色的。 我们仍然不知道这些湖泊中有多少是“气体排放天坑”的痕迹。
亚历山大网基兹亚科夫说：“永久冻土带中的一些湖泊的通风孔可能会被淹没。” “现在说这种湖泊形成机制有多普遍还为时过早。” 一些研究尝试通过测量特定湖泊中溶解的化学物质来识别以前的气体排放坑，但到目前为止还无法发现任何模式。
更大的影响
了解这些事件的普遍性不仅仅是好奇心。 人们越来越担心西伯利亚西北部的一个巨大洞可能与气候变化引起的北极更广泛的变化有关。 北极地表气温上升速度是网全球平均水平的两倍，增加了夏季永久冻土的融化量。 这本身正在改变北极的地貌，导致地面沉降和山体滑坡，即所谓的“热滑坡”。 西伯利亚拥有可能是地球上最大的热滑坡地貌——巴塔盖卡火山口，也被称为巴塔盖卡巨型塌陷（ ），它从 20 世纪 60 年代的峡谷发展到宽度近 900 米。 被称为“地狱之门”。
苏娜塔莉说：“据我所知，地球上没有其他地方气候变化导致地面物理结构发生如此大的变化。”
北极永久冻土层中锁有大量的碳，大约是目前大气中碳含量的两倍，其中大部分以冷冻植物和其他有机物的形式存在，以及冰晶中捕获的甲烷（称为“叶夫根尼亚”）。 • 天然气水合物 之前提到过。 当地面融化时，微生物会分解有机物，释放出甲烷和二氧化碳等副产品，以及冰晶中捕获的甲烷。
从永久冻土中泄漏的甲烷是一种强效温室气体，有可能加速全球变暖，导致更多永久冻土融化。 但在亚马尔半岛，这个巨大的洞可能会引发另一个过程，给气温上升、永久冻土融化和温室气体释放之间的复杂反馈循环增加更多不确定性。 如果事实证明，埋藏在地下深处永久冻土中的甲烷沉积物开始从通常不透水的永久冻土向上渗出，则可能预示着苔原上方的冰盖将变得更具渗透性。 北极的变化可能对全球变暖产生更广泛的影响，从而带来新的不确定性。
“这些坑洼是更广阔的北极地区正在发生的事情的非常令人震惊的指标，”苏纳塔莉说。 “当你观察这个地区正在发生的变化时，有些变化是逐渐发生的，有些会突然发生。很少会出现爆炸性变化，但这些事件引起了人们对所有这些变化将如何影响大气中温室气体的关注。”
尽管亚马尔空洞之谜还有待研究，但迄今为止所揭示的事实表明，这些坑洞具有重要意义，人类今后应该更加仔细地观察它们。
