Новости России и Мира

16 июня






Рейтинг@Mail.ru


Гигантские кратеры на дне Баренцева моря образовались в результате взрывов метана

Рис. 1. А — местоположение района исследований в Баренцевом море. Пунктирной линией показана граница распространения льдов в период максимума последнего оледенения (LGM — last glacial maximum). Красная линия — современная граница зоны стабильности метаногидратов. B — детальная карта расположения кратеров в пределах изученного участка. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Первые кратеры на дне Баренцева моря были обнаружены в 90-х годах прошлого века. С тех пор стало ясно, что подобные структуры самых разных размеров, вплоть до гигантских диаметром более 1 километра, имеют самое широкое распространение. Норвежские ученые, исследовавшие эти загадочные структуры с помощью комплекса геофизических методов и компьютерного моделирования, пришли к выводу, что их формирование было связано с процессом высвобождения метана из залежей газогидратов на шельфе арктических морей в период отступления последнего оледенения 11–15 тысяч лет назад. Вероятно, подобные процессы идут в Арктике и сейчас.

Согласно гипотезе норвежских ученых под руководством Карин Андреассен (Karin Andreassen) из Арктического университета Норвегии в Тромсё, гигантские кратеры на дне Баренцева моря образовались примерно 12 тысяч лет назад, когда его территория начала освобождаться от ледникового покрова периода последнего оледенения. В результате произошло массовое высвобождение метана, который, поступая к поверхности по зонам разломов, тысячелетиями накапливался под покрышкой многолетнемерзлых пород (см. Многолетняя мерзлота). Сначала над этими зонами формировались купола (бугры пучения), а затем, когда давление газа превышало критическую отметку, происходил взрыв и на месте купола образовывался кратер. Источниками метана служили залежи газовых гидратов — твердых веществ, образуемых при взаимодействии газа и воды. В арктической зоне Земли сосредоточены огромные запасы метана, заключенного в газогидратах. Пока газогидраты стабильны (находятся в форме твердого вещества), метан содержится в них в связанной форме. При повышении температуры и уменьшении давления гидраты разлагаются на газ и воду. Высвобождение газа сопровождается значительным повышением давления, что может приводить не только к выдавливанию метана вверх по системам разломов и зонам трещин, но и к взрывным событиям.

Процесс активного выделения метана в Арктике с поверхности морей в атмосферу вызывает серьезную озабоченность, а природные газогидраты приковывают к себе внимание не только как потенциальный источник ископаемого топлива, но и как фактор климатических изменений. Метан является сильнейшим парниковым газом, в значительной степени отвечающим за потепление на планете. Объемы его выбросов в атмосферу над шельфом арктических морей сопоставимы с объемами метана, выделяемыми всей остальной поверхностью Мирового океана. Не случайно над морями Восточной Сибири наблюдается самая крупная на Земле положительная температурная аномалия. Связано это с тем, что все они — море Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское — очень мелководные. Чтобы метан, выделяющийся в виде вертикальных струй со дна моря, растворился в толще воды, необходима глубина не менее 200 метров, а у побережья Восточной Сибири она меньше. Поэтому метан, который высвобождается при разложении метаногидратных залежей, здесь активно выбрасывается в атмосферу. На шельфе других морей он обычно растворяется в воде, не достигая поверхности.

Стоит еще учесть, что процесс потепления в Арктике характеризуется наличием петли положительной обратной связи: увеличение темпов высвобождения метана, связанное с оттаиванием многолетнемерзлых пород в зоне повышенных температур, в свою очередь, приводит к дальнейшему ускоренному потеплению. Подобный механизм лавинообразного повышения температур в Арктике в свое время был заложен в основу гипотезы о метангидратном ружье. Эта гипотеза в последнее время находит все больше подтверждений. Кроме того, поскольку метан — горючий газ, его выбросы могут иногда приводить к катастрофическим явлениями — взрывам и возгораниям, представляющим серьезную опасность для людей и сооружений. В частности, пожары на нефтяных скважинах и платформах обычно связаны именно с выбросами метана. За последние годы на полуостровах Ямал и Гыдан было зафиксировано образование нескольких новых взрывных кратеров значительных размеров.

Становится все более очевидным, что образование многочисленных кратеров на дне арктических морей и в арктической тундре (большинство таких кратеров на суше сейчас заняты озерами округлой формы), являются следствием именно взрывных выбросов метана. А значит, необходимо детально разобраться в причинах и механизме таких выбросов, чтобы оценить риски ведения в Арктике хозяйственной деятельности — строительства нефтяных платформ, прокладки трубопроводов и даже судоходства. Ведь попав в зону пониженной плотности воды, связанную с выделением метана, корабль может потерять плавучесть. Вполне возможно, что аналогичное взрывное выделение метана в районе пресловутого Бермудского треугольника и являются причиной таинственных исчезновений морских и воздушных судов (при условии, если оно действительно имело место).

В качестве объектов для изучения авторы статьи выбрали компактную зону крупных кратеров на дне Баренцева моря к северу от острова Медвежий (рис. 1). Здесь на сравнительно небольшой площади 440 кв. км сосредоточено более 100 кратеров диаметром от 300 до 1000 м и глубиной до 30 м. Многие из них обладают крутыми стенками. На дне кратеров обнаружены неуплотненные обломочные отложения мощностью до 2 м, которые образовались в результате взрыва. По флангам кратеров часто располагаются бугры пучения (пинго) до 1100 м в диаметре и до 20 м высотой. В основном у них округлая или овальная форма с крутыми склонами и часто — плоская срезанная вершина. В зоне гигантских кратеров находятся многочисленные мелкие кратеры и пинго диаметром от 50 до 200 м.

Акустическими методами в районе зафиксированы также более 600 газовых «факелов» — струй пузырьков газа шириной 50–200 м, поднимающихся в толще воды на расстояние до 200 м от морского дна. Смесь «факелов» на 97% состоит из метана, плюс примерно 2,5% приходится на этан и пропан. Струи газа, поднимающиеся над кратерами и буграми, а также между ними, свидетельствуют о том, что активные выделения метана здесь продолжаются до сих пор.

Авторы предложили концептуальную модель образования сначала бугров-пинго, а затем из них — кратеров в процессе последовательно нарастающего распада газогидратов (рис. 2).

Рис. 2. А — цифровая модель зависимости между толщиной ледникового покрова и уровнем зоны стабильности газогидратов для газовых смесей различного состава за последние 30 тысяч лет. B — период полной ледниковой нагрузки. Газ мигрирует по разломам из глубинных источников к поверхности, образуя подледные залежи газогидратов. С — отступление ледника, разрушение глубинных залежей газогидратов и перемещение к поверхности зоны их стабильности. В приповерхностной зоне резко возрастает давление газа, что приводит к образованию пинго. D — взрыв пинго с образованием кратера. Е — в связи с тем, что центр кратера закупорен обломочными отложениями, газ начинает искать выход на флангах с образованием небольших фланговых пинго. GHSZ — зона стабильности газогидратов (gas hydrate stability zone). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

В период последнего оледенения территория современного Баренцева моря была покрыта толстым слоем льда. Толщина ледового покрова достигала 2 км, примерно как сегодня в Антарктиде. По зонам разломов из расположенных на глубине резервуаров углеводородов к поверхности просачивался газ, который застывал в приповерхностной зоне в виде залежей твердых газогидратов. Зона стабильности метановых гидратов при подобных внешних условиях — низких температурах и высоком изостатическом давлении толщи льда — находилась на глубине до 440 м от поверхности. При отступлении ледника в период 15–17 тысяч лет назад и заполнении территории морской водой резко изменились условия в зоне нахождения газогидратных залежей: снизилось изостатическое давление ледника и выросла придонная температура. В результате граница зоны стабильности метановых гидратов резко переместилась с 440 до 200 м от поверхности, что привело к разложению глубинных залежей, миграции метана наверх и его рекристаллизации на меньших глубинах. При этом, так как объем зоны стабильности метаногидратов сокращался, а количество метана в ней сохранялось, происходило все большее ее обогащение этим газом. В связи с увеличением давления свободного газа, скапливающегося в приповерхностной части, началось образование бугров пучения.

По геологическим данным можно достаточно точно определить временной интервал формирования пинго — после начала межледникового периода (15 тысяч лет назад), но до полного освобождения района от ледникового покрова (11,6 тысячи лет назад). Дело в том, что многие из округлых бугров имеют плоские срезанные вершины, на которых видны борозды, оставленные айсбергами. Получается, пинго формировались, когда нижние части айсбергов в Баренцевом море находились на глубине 300–400 м, а это имело место как раз в указанный период.

Примерно 12 тысяч лет назад дальнейшее снижение изостатической нагрузки ледникового покрова и приток теплой воды из Северной Атлантики привели к сокращению мощности зоны стабильности метаногидратов до 30 м, высвобождению метана и миграции его по трещинам в перекрывающие породы. Это сопровождалось мощными взрывными событиями и образованием кратеров.

Геологические и геофизические данные полностью согласуются с результатами цифрового моделирования изменения зоны стабильности газогидратов в последние 30 тысяч лет, в соответствии с которыми резкое ее сокращение происходило в период 11–15 тысяч лет назад. При моделировании учитывались такие параметры, как поток передачи тепла в толще осадков и льда, вариации подледной и придонной температур, толщина ледникового покрова, изостатическая нагрузка (см. Изостазия), эвстатические колебания уровня океана.

Ученые делают вывод, что на шельфе Баренцева моря главным драйвером распада газогидратов и высвобождения метана, сопровождающегося взрывными явлениями, было изменение ледового покрова. Подобные процессы, скорее всего, имели место и в других нефтегазоносных провинциях, расположенных в зоне последнего оледенения, где шло накопление газогидратов. По оценкам авторов, площадь таких провинций только на шельфе арктических морей у берегов США, Канады, России и Северной Европы составляет 33 млн кв. км. На всей этой обширной территории в период последнего оледенения складывались идеальные условия для образования скоплений метана и других, более тяжелых природных газов в форме гидратов, залежи которых могли испытывать распад в период отступления ледника. Можно ожидать проявления подобных процессов и в зонах современного оледенения — в Гренландии и Антарктиде, где в настоящее время наблюдается процесс отступления ледниковых покровов.

0
 

Коментарии:

пока нет, но вы всегда можете оставить свой.

Оставить комментарий:
captcha
Администрация оставляет за собой право удалять любые комментарии по следующим причинам:
  • Отзыв является спамом или содержит сомнительную информацию.
  • Отзыв содержит ненормативную лексику.
  • Отзыв является оскорбительным, унижающим честь и достоинство конкретных людей.
  • Сообщить о нарушении вы можете здесь