Záhada sibiřských explodujících kráterů

Foto: Vasily Bogoyavlensky/Getty Images

Na odlehlém poloostrově v polárním kruhu se ve věčně zmrzlé půdě objevují obrovské díry doprovázející rány explozí, z podzemí vystupuje něco, co vědce znepokojuje, píše BBC. Objevil se náhle a explozivně a zanechal v krajině rozervanou díru.

Kolem okraje kráteru je rozervaná šedá změť ledu a hrud permafrostu. Kořeny rostlin, nově obnažené kolem okraje, vykazují známky popálení. Poskytuje určitou představu o tom, jak násilně se tato díra uprostřed sibiřské Arktidy zhmotnila.

Kolem okraje kráteru je země rozervaná, šedá změť ledu a hroudy věčně zmrzlé půdy. Kořeny rostlin – nově odhalené kolem okraje – vykazují známky spálení. To dává tušit, jak prudce se tato díra uprostřed sibiřské Arktidy zhmotnila.

Ze vzduchu čerstvě obnažená hlína vyniká na pozadí zelené tundry a tmavých jezer kolem. Vrstvy zeminy a horniny odkryté dále uvnitř válcovité díry jsou téměř černé a v době, kdy k ní vědci dorazili, se na dně již tvořila kaluž vody.

Mezi nimi je i Jevgenij Čuvilin, geolog ze Skolkovského institutu vědy a techniky se sídlem v Moskvě v Rusku, který se do tohoto odlehlého koutu poloostrova Jamal na severozápadě Sibiře vypravil letecky. Tato 164 stop (50 m) hluboká díra by mohla obsahovat klíčové části skládačky, která ho trápí už šest let od chvíle, kdy byla na jiném místě poloostrova Jamal objevena první z těchto záhadných děr.

Tuto díru, která byla široká asi 20 m a hluboká až 52 m, objevili piloti vrtulníku prolétajícího nad zemí v roce 2014, asi 42 km od plynového pole Bovanenkovo na poloostrově Jamal. Vědci, kteří jej navštívili, včetně Mariany Leibmanové, vedoucí vědecké pracovnice Institutu pro kryosféru Země, která se studiem věčně zmrzlé půdy na Sibiři zabývá již více než 40 let – jej označili za zcela nový prvek v permafrostu. Analýza satelitních snímků později odhalila, že kráter, nyní známý jako GEC-1, vznikl někdy mezi 9. říjnem a 1. listopadem 2013.

Nejnovější kráter spatřil v srpnu 2020 televizní štáb, když kolem něj prolétal s týmem vědců z Ruské akademie věd během expedice s místními úřady na Jamalu. Celkový počet potvrzených kráterů objevených na Jamalu a sousedním poloostrově Gydan se tak zvýšil na 17.

Foto: Evgeny Chuvilin

Vědci z Ústavu pro problémy ropy a plynu Ruské akademie věd navštívili nejnovější kráter během expedice na Jamal v srpnu 2020.

Co přesně však způsobuje vznik těchto obrovských děr ve věčně zmrzlé půdě a jak náhle vznikají, je stále do značné míry záhadou. Nezodpovězené jsou také otázky, co znamenají pro budoucnost Arktidy a lidí, kteří v ní žijí a pracují. Pro mnohé z těch, kteří se Arktidou zabývají, jsou znepokojivým znamením, že tato chladná, z velké části neobydlená krajina na severu naší planety prochází radikálními změnami.

Nejnovější výzkumy však nyní začínají poskytovat určité vodítko k tomu, co se může dít. Jasné je, že tyto díry nevznikají v důsledku postupného poklesu při tání a posunu věčně zmrzlé půdy pod povrch. Vznikají explozí.

„Při výbuchu jsou bloky půdy a ledu vymrštěny stovky metrů od epicentra,“ říká Čuvilin. „Setkáváme se zde s kolosální silou, kterou vytváří velmi vysoký tlak. Proč je tak vysoký, zůstává stále záhadou.“

Čuvilin je jedním ze skupiny ruských vědců, kteří ve spolupráci s kolegy z celého světa navštěvují tyto krátery a odebírají vzorky a provádějí měření v naději, že se jim podaří lépe porozumět tomu, co se děje pod tundrou.

Někteří vědci  přirovnali krátery ke kryovulkánům, sopkám, které chrlí led místo lávy, o kterých se předpokládá, že existují v některých vzdálených částech naší sluneční soustavy, na Plutu, Saturnově měsíci Titanu  a  trpasličí planetě Ceres. Ale jak bylo studováno více arktických kráterů v různých fázích jejich vývoje, staly se známými jako „krátery plynové emise“. Název dává určitou stopu k tomu, jak se předpokládá, že se tvoří.

„Analýza založená na satelitních snímcích ukazuje, že  výbuch udělá obří díru v místě pinga, neboli mohyly,“ říká Chuvilin. Pingo jsou kopulovité kopce, které se tvoří, když je vrstva zmrzlé země vytlačena vodou, která pod ní dokázala protéct a začala zamrzat. Jak voda zamrzne, roztáhne se a vytvoří kopec. Také známý v Rusku pod místním jakutským jménem „bulgunnyakhs “, mají tendenci stoupat a klesat s ročním obdobím. V Kanadě bylo u některých zjištěno, že jsou staré až 1200 let. Ve většině částí Arktidy však tyto valy mají tendenci se nakonec zhroutit samy do sebe, než aby explodovaly.

Existují důkazy, že životní cyklus kráteru s emisemi plynu může být velmi krátký, v rozmezí 3–5 let, řekl Alexander Kizyakov

Zjišťování, jak časté jsou tyto události, je vedeno více než pouhou zvědavostí. Rostou obavy, že výskyt kráterů na severozápadní Sibiři může souviset s širšími změnami, ke kterým dochází v Arktidě v důsledku klimatických změn.

Povrchové teploty vzduchu v Arktidě se oteplují dvakrát rychleji, než je celosvětový průměr, což zvyšuje množství tání věčně zmrzlé půdy v letních měsících.

Jedna studie letokruhů ve vrbových keřích nalezených mezi troskami vyvrženými explozí, která vytvořila první kráter objevený v roce 2014, naznačuje, že rostliny zažívaly stres od 40. let 20. století. Vědci tvrdí, že to mohlo být způsobeno deformací půdy.

„Existují však důkazy, že životní cyklus kráterů s emisemi plynu může být velmi krátký, v rozmezí 3-5 let,“ říká Alexander Kizyakov, kryolitolog na Moskevské státní univerzitě Lomonosova v Rusku. Jeden kráter, který se vytvořil na začátku léta 2017, známý jako SeYkhGEC, byl nalezen na satelitních snímcích, které začaly  deformovat zem v roce 2015.

Foto: Sylvia Buchholz/Alamy

Aby vědci pochopili více o tom, jak se krátery tvoří, ponořili se do hlubokých děr, aby odebrali vzorky. Podobné jizvy a mohyly související s emisemi plynových kapes byly nalezeny na dně Karského moře, těsně u poloostrova Jamal, a další byly nalezeny v Barentsově moři. Ale zatím, říká Natali, nebylo nic podobného nalezeno na souši jinde v Arktidě.

Něco na permafrostu v Yamalu a Gydanu je činí náchylnými k těmto explodujícím hromadám. „Tam jsou některé charakteristické rysy krajiny,“ říká. „Je to oblast, kde je velmi silná vrstva ledu, nazývaná tabulkový led, která tvoří čepici napříč permafrostem. Je to také oblast, kde je mnoho prvků známých jako kryopeg, což jsou oblasti nezamrzlé půdy obklopené permafrostem, druhem permafrostového sendviče. Třetím rysem jsou velmi hluboká ložiska plynu a ropy.“

Jeden kráter nedávno zkoumaný Chuvilinem – 20 m široký otvor známý jako kráter Erkuta po řece, na jejímž záplavovém území se objevil, se zřejmě vytvořil na místě vyschlého jezera mrtvého ramene. Když jezero zmizelo, zanechalo pod sebou nezmrzlý kus půdy známý jako talik, kde se pak nahromadil plyn. Ale Chauvilin říká, že přesný zdroj je stále do značné míry nejasný. „Klíčovým problémem při výzkumu kráterů je identifikace zdroje plynu, který se hromadí pod povrchem permafrostu,“ říká Chuvilin. „Jakmile tam bude kráter, plyn už je pryč.“

Místní pastevci sobů hlásili, že po jednom výbuchu kráteru v červnu 2017 viděli plameny a kouř

Sledování vývoje těchto kopců a toho, jak se tam plyn dostává, je nyní intenzivním zdrojem studia. „Je zajímavé, že by mohlo dojít k novému nebo dříve neznámému geochemickému procesu, o kterém bychom si nikdy nedokázali představit,“ říká Natali.

Vědci, kteří byli dostatečně odvážní, aby slanili dolů do kráterů, našli zvýšené hladiny metanu ve vodě hromadící se na dně, což naznačuje, že plyn může bublat zespodu. Jednou z hlavních teorií je, že tato hluboká ložiska metanového plynu pod permafrostem si najdou cestu až do nezmrzlé kapsy země pod ledovou čepicí. Další myšlenkou je, že vysoké hladiny oxidu uhličitého rozpuštěného ve vodě v těchto nezmrzlých kapsách začnou probublávat, když voda začne mrznout, a zbývající voda nemůže zadržet rozpuštěný plyn.

Alternativním zdrojem metanu i oxidu uhličitého by mohly být mikroorganismy prosperující v nezmrzlé kapse země, rozkládající organický materiál a uvolňující plyny , říká Chuvilin. Zdá se, že izotopová analýza metanu v jednom zvláště dramatickém kráteru to potvrzuje , ale bylo zjištěno, že aktivita mikrobů produkujících metan je zvláště nízká v jezerech na dně nedávno vytvořených kráterů, a to i v chladných podmínkách, kde se vyskytují. Jsou nalezeny.

Foto: Greg Fiske

Mezi termokrasovými jezery Jamalu a sousedních poloostrovů Gydan bylo nalezeno množství kráterů – umístění sedmi je zobrazeno na této mapě.

Metan ale mohl unikat i ze samotného ledu. Plyny se mohou zachytit uvnitř vodních krystalů v permafrostu a vytvořit podivný zmrzlý materiál známý jako hydrát plynu. Při tání se plyn uvolňuje.

„Předpokládá se, že mohou existovat různé formační mechanismy, které lze jen stěží popsat jediným modelem,“ říká Chuvilin. „Hodně záleží na prostředí a krajině.“ V korytě řeky byl nalezen nejméně jeden kráter, upozorňuje.

Bez ohledu na zdroj se předpokládá, že plyn se hromadí v nezmrzlé kapse země a tlačí pevnou tabulkovou ledovou čepici nahoru o 16-19 stop (5-6 m), dokud se neroztrhne jako var. (Ačkoli je graficky znázorněna, analogie furuncle není špatná, podobně jako jsou uživatelé internetu fascinováni videi s praskáním pupínků, takže někteří vědci zjistí, že je přitahují krátery Yamal. „Byla to kombinace neznáma a rizika souvisejícího s těmito krátery. to mě přitahovalo,“ přiznává Natali.)

Když konečně prasknou, rozhodně se zdají být velkolepé. Bláto a led nad plynem naplněnou kapsou spolu s velkou částí materiálu v samotné nezmrzlé části jsou vymrštěny směrem ven až do vzdálenosti 300 m. Síla je tak velká, že bloky země o průměru až 1 m jsou vymrštěny směrem ven a zanechávají po nich kráter se zvýšeným parapetem, širokým ústím a užším válcovým otvorem – považovaným za nezmrzlou kapsu. Místní pastevci sobů hlásili, že viděli plameny a kouř po jedné explozi kráteru v červnu 2017 podél břehů řeky Myudriyakha. Vesničané v nedaleké Seyakha, osadě asi 20,5 mil (33 km) jižně od kráteru, tvrdili, že plyn hořel asi 90 minut a plameny dosáhly výšky 4–5 m.

Místní pastevci sobů hlásili, že viděli plameny a kouř po jedné explozi kráteru v červnu 2017 podél břehů řeky Myudriyakha.

V této řídce osídlené oblasti světa vedlo k obavám, že se člověk vyskytuje tak blízko osady  Region je také posetý potrubími pro ropnou a plynárenskou infrastrukturu, která se snaží dostat k ložiskům fosilních paliv pohřbených pod permafrostem.

„Zatím nevíme, jestli by to mohlo být pro lidi v Arktidě riziko,“ říká Natali. Ona a její kolegové se pokoušeli odpovědět na tuto konkrétní otázku hledáním známek dalších kráterů na satelitních snímcích s vysokým rozlišením.

„Jakmile najdeme něco, co vypadá jako kráter, pak pomocí časových řad snímků s velmi vysokým rozlišením [satelitní snímky stejného místa pořízené v různých časech] se snažíme zjistit, kdy vznikly,“ říká. Zdá se, že jejich práce naznačuje, že tam venku je více kráterů, než se dříve věřilo. „Zatím jsme potvrdili a ověřili dvě nová místa kráterů. Vzhledem k tomu, že v roce 2013 jsme o nich nic nevěděli, zdá se velmi pravděpodobné, že jich tam je víc.“

Nataliho tým pokračoval v objevu třetího nového kráteru ve výsledcích zveřejněných v únoru 2021. Identifikovali dalších 17 možných kráterů, ale analýza snímků s vysokým rozlišením je vedla k závěru, že možná nevznikly z emisí výbušných plynů. „Je těžké plně ověřit, dokud nebudeme na zemi,“ dodává Natali. Jejich výzkum identifikoval řadu dalších náhlých změn krajiny v regionu, které nebyly dříve zjištěny v souvislosti s táním permafrostu. Celkově zaznamenali 5% změnu v krajině mezi lety 1984 a 2007.

Nakonec Natali a její tým doufají, že shromáždí dostatek dat, aby mohli automatizovat proces hledání kráterů. Jejich cílem je vytvořit algoritmus, který dokáže předpovídat krátery dříve, než se vytvoří, tím, že na satelitních snímcích budou hledat mohyly s pravděpodobnými emisemi plynu.

Foto: Alexander Nemenov/Getty Images

Plynová a ropná infrastruktura je poseta krajinou na severozápadě Sibiře – plynové pole Bovanenkovo ​​bylo jen 26 mil od jednoho z kráterů.

„Doufáme, že se dostaneme do bodu, kdy je uvidíme, než se zformují,“ říká Natali. „To je druh informací, které chcete vědět zejména, když se to děje v oblasti, kde žijí lidé, jsou zde potrubí a jiná plynová a ropná infrastruktura.“

Odhalení toho, jak časté tyto krátery jsou, je v současnosti pomalý proces. Po jejich násilném zrození se zdá, že většina mizí v krajině téměř stejně rychle – prázdnota, kterou zanechala exploze poblíž Seyakha, která místy měřila 70 m na šířku a více než 50 m do hloubky – byla zaplavena vodou za pouhé čtyři dny, díky své blízkosti k řece. Tento přechod z díry do jezera se zdá být docela neškodným koncem dramatické události.

Jiným kráterům trvá zaplavení déle, ale přes rok nebo dva okraje temné, rozzlobené rány erodují a naplní se vodou, aby se staly téměř k nerozeznání od tisíců dalších malých kulatých jezírek, známých jako termokrasová jezera, která pokrývají krajinu. Kolik přesně z těchto jezer tvoří jizvy kráterů plynových emisí, stále není jasné.

„Je pravděpodobné, že některá z jezer v permafrostu jsou zatopené krátery plynové emise,“ říká Kizyakov. „Je příliš brzy říkat, jak běžné je to jako mechanismus tvorby jezera.“

Někteří výzkumníci se pokusili identifikovat bývalé krátery plynové emise měřením chemikálií rozpuštěných v charakteristických jezerech, ale nebyli schopni identifikovat žádné vzory .

Krátery jsou velmi šokujícím ukazatelem toho, co se děje v Arktidě v širším měřítku – Sue Natali

Zjištění, jak časté tyto události jsou, je řízeno více než pouhou zvědavostí. Rostou obavy, že výskyt kráterů na severozápadě Sibiře může souviset s širšími změnami, ke kterým dochází v Arktidě v důsledku klimatických změn.

Teploty povrchového vzduchu v Arktidě se oteplují dvakrát rychleji než je celosvětový průměr, což zvyšuje množství tání permafrostu během letních měsíců.

To samo o sobě mění arktickou krajinu, což vede k poklesu a sesuvům půdy známým jako poklesy tání. Sibiř se může pochlubit možná největším poklesem tání na planetě, megapropadem Batagaika, který se z pouhé rokle v 60. letech rozrostl na šířku téměř 900 metrů. (Zjistěte více o megapropadu, kterému místní říkají „brána do pekla“ .)

„Nikde jinde na planetě nevím o tom, že by změna klimatu způsobovala změnu fyzické struktury země,“ říká Natali.

Uvnitř arktického permafrostu je uvězněno obrovské množství uhlíku. Asi dvakrát více než množství, které je v současnosti v atmosféře. Většinou je ve formě zmrzlých zbytků rostlin a jiného organického materiálu spolu s metanem, který se uvěznil uvnitř ledových krystalů, hydrátů plynu, o kterých se Chuvilin zmiňuje dříve. Jak půda taje, umožňuje mikroorganismům rozkládat organickou hmotu, přičemž se jako vedlejší produkty uvolňují metan a oxid uhličitý, a tím se uvolňuje i metan zachycený v ledu.

Když se poprvé objeví, krátery jsou velkolepým pohledem, když výbuch vymrští zemi a led a zanechá hlubokou válcovou prázdnotu (Credit: Vasily Bogoyavlensky/Getty Images)

Jako silný skleníkový plyn má tento metan unikající z permafrostu potenciál urychlit globální oteplování, a tak může vést k ještě většímu tání.

Krátery v Yamalu však zvýšily vyhlídky na další proces, který do složité zpětnovazební smyčky mezi rostoucími teplotami, táním permafrostu a uvolňováním skleníkových plynů přidává ještě více nejistoty. Pokud se ukáže, že nánosy metanu zachycené hluboko pod zemí permafrostem začínají prosakovat nahoru skrz normálně neprostupné vrstvy permafrostu, může to být známkou toho, že zmrzlá ledová čepice nad tundrou se stává propustnější. To by mohlo přinést nové úrovně nejistoty ohledně toho, jak změny v Arktidě pravděpodobně ovlivní širší globální oteplování planety.

„Krátery jsou velmi šokujícím ukazatelem toho, co se děje v Arktidě v širším měřítku,“ říká Natali. „Když se podíváte na změny, které se dějí v této krajině, některé probíhají postupně a jiné náhle. Velmi málo z nich se vyskytuje jak výbušné, ale upozorňuje na to, jak všechny tyto změny přispívají ke skleníkovým plynům v atmosféře.“

Zatímco záhada Jamalových kráterů není stále ještě zcela vyřešena, to, co bylo dosud odhaleno, naznačuje, že bychom je možná měli v budoucnu pečlivě sledovat.