Teadlased kirjeldasid Siberi põrguaukude tekke uut teooriat – asjad pole nii lihtsad, kui esialgu paistsid

Lääne-Siberi loodeosas Jamali poolsaarel avastatud kraater. Foto: AP Photo / Press Service of the Yamalo-Nenets Autonomous Okrug Governor

Värske uuring annab uue ülevaate 2014. aastal Lääne-Siberi loodeosas Jamali poolsaarel esimest korda täheldatud kraatrite tekkepõhjustest. Siberi igikeltsas viimase kümnendi jooksul ilmunud salapärased kraatrid on põhjustatud kliimamuutustest tulenevast rõhu muutusest, mis tekitas maa all jäätunud metaani plahvatuse.

Teadlased leidsid, et piirkonna ebatavaline geoloogia koos kliima soojenemisega käivitas protsessi, mille käigus vabanes igikeltsas sisalduvast metaanhüdraadist gaasiline metaan. Cambridge'i ülikooli keemiainsener Ana Morgado, kes on uuringu kaasautor, selgitas, et sellise nähtuse tekkimist võimaldavad väga spetsiifilised geoloogilised tingimused. Tegu on nišinähtusega, mis on seotud ainult konkreetse piirkonnaga.

Igikeltsa plahvatuste juhtum

Jamali poolsaar on tasase pinnamoega maatükk, mis ulatub Venemaa põhjaosas Kara merre. Esimene kraater, mille läbimõõt oli ligikaudu 70 meetrit, avastati seal 2014. aastal. Järgneva kümnendi jooksul leiti kraatreid nii Jamali kui ka lähedalasuvalt Gõdani poolsaarelt.

Varasemad teooriad pakkusid kraatrite tekkepõhjuseks maa all sulava igikeltsa tõttu koguneva metaani või kraatrite lähedust maagaasivarudele. Uuringu autorid jõudsid aga järeldusele, et pelgalt igikeltsa sulamine ei oleks piisav plahvatusliku metaanivabanemise põhjustamiseks. Uus selgitus viitab sellele, et pinnase soojenemine põhjustab sügaval maa all kiire surve muutuse, mis vallandab plahvatusliku metaanigaasi.

Jamali poolsaarel asuv mõistatuslik kraater. Foto: iStock/AleksandrLutcenko

Osmootilised jõud tekitavad plahvatusi

Teadlased lahendasid mõistatuse, alustades küsimusest, kas plahvatused põhjustas füüsikaline või keemiline protsess. Hispaania riikliku uurimisnõukogu geofüüsik Julyan Cartwright märkis, et plahvatuse tekkeks on kaks võimalust: kas keemiline reaktsioon või füüsikaline rõhu kasv. Cartwrighti selgitusel on plahvatuse tekkeks ainult kaks võimalust. Kas toimub keemiline reaktsioon, nagu dünamiidi plahvatus, või pumpate oma jalgratta rehvi, kuni see lõhkeb – see on füüsikaline plahvatus.

Kuna keemiliste reaktsioonide kohta tõendeid ei leitud, järeldasid uurijad, et plahvatuse allikaks oli füüsikaline protsess.

Teadlased väitsid, et pumpamise töö tegi osmoos, mis on füüsikaline nähtus, kus vedelik liigub läbi barjääri, et tasakaalustada lahustunud ainete kontsentratsioon. Jamali poolsaare savirikas igikelts toimib osmootilise barjäärina, mille all on soolase veega kihid ehk krüopeegid. Neid vedelikke katab metaanhüdraatide kiht, mis on seni püsima jäänud kõrge rõhu ja madala temperatuuri tõttu. Kliima soojenemine on aga neid kihte destabiliseerimas. 

Osmoos tekitab krüopeegis veesisalduse suurenemist, mille tulemusena kasvab rõhk. Kui see rõhk muutub liiga suureks, tekivad maapinnas lõhed, mis viivad surve kiire languseni sügaval pinnases. See surve langus kahjustab metaanhüdraate, vallandades metaanigaasi ja põhjustades plahvatuslikke kraatreid.

Jamali poolsaare paks savine igikelts toimib osmootilise barjäärina – ja soojenemine muudab seda. See 180–300 meetri paksune kiht jääb aasta ringi püsivalt külmunuks. Selle kohal olev n-ö aktiivne kiht pinnast sulab ja külmub hooajaliselt.

Rõhumuutus kahjustab krüopegi all olevaid metaanhüdraate, mis põhjustab metaanigaasi vabanemise ja füüsilise plahvatuse. Foto: American Geophysical Union

Tundras ja igikeltsa sees on ebatavalised, ühe meetri paksused sulamata kõrge soolsusega vee kihid, mida nimetatakse krüopeegideks, mis püsivad vedelana rõhu ja soolsuse kombinatsiooni tõttu. Krüopeegide all on kiht kristalliseerunud metaan-vesi tahkeid aineid, mida nimetatakse metaanhüdraatideks, mis on stabiilsed kõrge rõhu ja madala temperatuuri tõttu.

Kuid soojemad temperatuurid destabiliseerivad neid kihte. Kliimamuutused on põhjustanud aktiivse kihi sulamise ja allapoole laienemise, kuni see jõuab krüopegini, vabastades vett, mis liigub osmootse rõhu kaudu krüopegi sisse, leidsid teadlased.

Kuid krüopeegis ei ole piisavalt ruumi, et mahutada osmoosi teel sisse surutud lisasulavett, seega rõhk suureneb. Suurenev rõhk tekitab pinnasesse pragusid, mis liiguvad krüopeegist ülespoole pinna poole. Rõhugradient pöördub seejärel ümber: pragunenud pinnas põhjustab sügavusel järsu rõhulanguse. See rõhumuutus kahjustab krüopeegi all olevaid metaanhüdraate, mis põhjustab metaanigaasi vabanemise ja füüsilise plahvatuse.

Mõju kliimamuutustele

Uuringus leiti, et plahvatuse eellugu võib kesta aastakümneid. See ajakava on kooskõlas kliima soojenemise suurenemisega alates 1980. aastatest.

Uurimus rõhutab, et plahvatused on tingitud piirkonna eripärast ja neid põhjustavad ainulaadsed geoloogilised tingimused, mis on spetsiifilised Jamali poolsaarele. Morgado sõnul võib selliseid plahvatusi juhtuda harva, kuid vabaneva metaani kogus võib oluliselt suurendada globaalset soojenemist.

Allikas: phys.org