Появление газовых воронок, образующихся на территории Ямало-Ненецкого автономного округа в результате выбросов природного газа, по мнению некоторых геологов, связано с потеплением в Арктике. Поэтому возможные новые выбросы нужно учитывать при возведении социальных и промышленных объектов в регионе, заявил РИА Новости ученый-геокриолог, академик РАН, научный руководитель академической кафедры криософии Тюменского государственного университета Владимир Мельников.
В 2014 году в районе Бованенковского месторождения на Ямале были обнаружены две воронки, которые, как предполагается, появились из-за газовых выбросов, после чего заполнились водой, превратившись в озера. По наблюдениям ученых, за последние годы воронки увеличились в размере, а вода в них отличается от близлежащих озер очень высокой мутностью. На сайте МГУ имени Ломоносова сообщалось, что сотрудники геологического факультета вуза провели комплексное исследование одного из таких кратеров и выяснили причину его образования, назвав это геологическое явление «криовулканизмом». Результаты работы ученых были опубликованы в престижном научном журнале Scientific Reports.
«Вулканизм — это не только то, что поступает из мантии и выбрасывается из наших вулканов с огнем и расплавленной лавой, а в принципе любые выбросы. Бывает мини-вулканизм, микровулканизм. Так сказать можно, но, скорее, образно, чтобы не путать с вулканами», — комментирует Владимир Мельников используемый коллегами из МГУ термин. По его словам, специалисты, изучающие эти природные явления, чаще называют их воронками взрыва.
«Собирается огромное количество газа под большим давлением, который и выбрасывает массу льда, земли… Изначально глубина воронки в районе Бованенковского месторождения была 50-60 метров, она не заполнилась к тому моменту еще водой. Диаметр тоже приличный — под 40 метров. Это интересное явление, но самое главное — его последствия», — отмечает ученый.
Он также рассказал, что на стадии изучения этих процессов вместе с другими специалистами пытался выяснить, где еще они могли происходить раньше:
«В 1997 году мы писали книгу, в которой описали явление, с ним столкнулась в Баренцевом море мурманская геологическая экспедиция. Ее участники пытались разбурить с корабля донные отложения, и произошел взрыв под давлением чего-то. Через несколько лет начали изучать это место, оказалось, что там находятся огромные ледовые глыбы, протяженные и мощные. Это говорит о том, что был схожий взрыв, выброшены были газ и пресная вода, и эта вода замерзла на дне из-за температуры минус 1,5 градуса, образовав глыбы льда».
Позже над этой темой работали теоретики, и, как говорит ученый, его не удивило, что то же самое начало происходить на континенте. Механизм, отмечает он, аналогичный: скопление газов в земле рано или поздно ведет к превышению нормы удержания этого газа породами, что приводит к мощному выбросу.
«Мы начали изучать форму воронок, обнаружив, что на Ямале сотни таких озер. Они круглые, тогда как в природе привычные нам озера образуются другим путем, таких круглых не бывает. Основная масса озер на Ямале — результаты либо протаивания почвы, то есть термокарст, либо воронки, образованные в результате взрыва газа», — поясняет Мельников.
После появления в районе Бованенковского месторождения выбросы газа были зафиксированы на Гыданском полуострове ЯНАО, где эксперты также нашли несколько похожих воронок. Многие специалисты заинтересовались этими процессами, изучали их при помощи аэро- и космической съемки. Явление не единичное, подчеркивает Мельников, уточняя, что при этом нельзя точно назвать газ, который выбрасывается в момент взрыва. Ряд ученых считает, что это метан.
«Это газ, который поднимается по трещинам в мерзлоте, оказавшейся не такой уж плотной. Для скопления метана там слишком мало органики и глубина большая. Возможно, был какой-то экран в земле, под которым сотнями лет скапливался по струйкам текущий снизу наверх природный газ, образовав массу с давлением, которого хватило, чтобы выбросить его наверх», — предположил собеседник агентства «Новости».
С выводами коллег о том, что причиной выбросов стало потепление в указанных районах, он согласен, хотя исследования в этом направлении продолжаются. «Это цикл потепления, который мы уже пережили. Его часто называют «глобальным потеплением», что неверно, потому что глобальное потепление у нас длится 11 тысяч лет… Называть 35-летний цикл глобальным неправильно, поэтому мы зовем его циклическим потеплением, перед которым был цикл похолодания — с 1946 по 1980 год примерно. Нынешний теплый цикл оказался значительно теплее предыдущего такого же», — рассказывает Владимир Мельников.
По его словам, это все совпало с резким потеплением в Арктике, и верхняя часть мерзлоты нагрелась больше обычного, тем самым уменьшив плотность экрана, многие годы сдерживавшего газ под землей. При этом, подчеркивает ученый, появления новых воронок должны опасаться и изучать компании и власти, которые возводят на Ямале социальную, транспортную или промышленную инфраструктуру.
«Если рванет где-нибудь на дороге или под нефтегазоперерабатывающим заводом, то мало не покажется. По этой причине, когда в предпроектный период проводятся изыскания, необходимо особенно обращать внимание на такие аномалии, которые, скорее всего, можно обнаружить тем или иным геофизическим методом», — резюмирует геокриолог.
Очередной прорыв газа, сопровождаемый выбросом льда, кусков грунта, а также дымом и вспышкой, произошел утром 28 июня 2017 г. в 34 километрах северо-западнее села Сеяха Ямальского района ЯНАО. Осколки льда с грунтом разбросало в радиусе 300 метров, и образовавшаяся воронка заполнилась водой. Об этом сообщил член-корреспондент РАН, заместитель директора по научной работе Института проблем нефти и газа РАН Василий Богоявленский, который возглавил рабочую группу по изучению нового «объекта».
«Очевидцы видели всполох огня, что очень значимо, и шлейф дыма, через несколько минут все это рассеялось и прекратилось. Было ясно, что произошел выброс газа, отдельный вопрос, почему загорелось. В кратере в зоне выброса, по данным эхолота, который мы использовали, глубина составила порядка 20 метров, прямые промеры с помощью груза и веревки показали, что глубина в одном узком месте превышает 50 метров. Никто не пострадал» — сказал он. По словам Богоявленского, с одной стороны лежат огромные глыбы льда, местами — чистый кристальный лед, на другом берегу льда нет, исключительно глыбы песка.
Еще одна воронка на полуострове Ямал возникла в районе научного стационара Еркут, ее диаметр составляет 10 метров, глубина — около 20 метров. По словам Василия Богоявленского, это самая южная из известных воронок. До настоящего времени ученые располагали информацией о десяти таких объектах на территории Ямало-Ненецкого автономного округа. Все образовались в результате дегазации недр. Такие явления фиксируются не только в Арктике, но и в озерах центральной полосы России, Центральной Европы, на шельфе Мексиканского залива.
– Ямал, Гыдан и другие районы Арктики – это все частные случаи общей территории, которая называется планета Земля, – пояснил Василий Богоявленский. – Количество выбросов газа не увеличивается. Идет накопление знаний. Мы все больше времени посвящаем изучению этих объектов с помощью космоснимков и сейсмостанций.
В ЯНАО создана сеть сейсмодатчиков для прогнозирования возможных опасных природных явлений под землей, в том числе образование воронок. Одно устройство может бесперебойно анализировать сейсмические процессы в радиусе 200 км. Датчики установлены в Сабетте, в Бованенковском и Харасавэйском месторождениях — это районы, где ведется активное промышленное освоение. Полученная информация обобщается в Единой геофизической службе РАН. Большую научную работу ведут предприятия нефтегазового комплекса. Компании осуществляют мониторинг за такими объектами на своих участках. Отраслевой наукой разработаны и запатентованы технологии, устраняющие возможные неприятные последствия выбросов газа.
Российские ученые разработают методику поиска потенциально опасных объектов, подобных гигантским воронкам, которые были обнаружены на полуострове Ямал. В результате должны получить методику поиска и идентификации объектов, развитие которых может привести к газовым выбросам. Исследования по образованию воронок газовых выбросов координируются Российским центром освоения Арктики. При анализе большого количества объектов за расширения района исследований и увеличения количества ключевых участков – фреймов будет получена статистически значимая выборка, позволяющая делать достоверные выводы. При этом решаются задачи нескольких направлений.
В геокриологическом направлении исследуются тепловые и геохимические процессы в пределах криогенной толщи (измерение и моделирование температуры пород, криопэгов и метастабильных газогидратов), происхождение, морфология, структура и геохимия подземных льдов и вмещающих мерзлых пород, поверхностные процессы и их индикаторы (топографическая, ландшафтная, геоботаническая, геокриологическая и снегомерная съемки), а также локальное картирование, использование дистанционных методов разного типа и картографическое моделирование для решения указанных задач и проводятся криолитологические исследования на мерзлых стенках с опробованием и первичной подготовкой образцов.
Основные задачи геофизического направления – комплексирование методов исследования физических полей и свойств для изучения строения и морфологии различных геологических тел на всех глубинах и во всех масштабах. Изучаются территории, прилегающие к кратерам, для определения мест бурения опорной геокриологической скважины с целью получение информации о геологическом строении площади, уточнениия положения тектонических нарушений, границ распространения пластового льда и предполагаемого гидратонасыщенного горизонта, а также нижней границы многолетнемерзлой толщи.
Основные задачи газового направления – глубинные процессы (включая зону стабильности газовых гидратов, тепловые потоки снизу, разломную тектонику и сейсмические процессы), обзорные масштабы картографирования, а также лабораторные работы и моделирование по означенным направлениям, связанные с изучением газовой составляющей.
По результатам сбора информации и полевых обследований будет, в частности, сформирована база данных по геологическим и криолитологическим особенностям района образования воронок газовых выбросов на Центральном Ямале, определится комплекс природных (тектонических, геологических, геокриологических, геоморфологических, ландшафтных и климатических) условий, в которых образовались воронки. Будут также разработаны критерии ранжирования территории Округа по потенциальной опасности образования воронок для прогнозирования и методика оценки рисков образования новых аналогичных воронок.
Выделение метана из мерзлоты дна арктических морей идёт достаточно давно. Изучать его начали не вчера, и уже накоплен большой исследовательский материал. Но проблема становится всё более актуальной не только из-за глобального потепления в целом и Арктики в частности. В Арктику всё более «смещается пояс деловой активности», и здесь активизируют поисково-разведочное бурение на углеводороды вдоль всей трассы Северного морского пути — от Новой Земли до пролива Беринга. Одновременно идут исследования некогда вечной мерзлоты в зоне морей Ледовитого океана. Группа исследователей зафиксировала высокие скорости деградации подводной мерзлоты. Так, член-корреспондент РАН, профессор Томского политехнического университета (ТПУ) Игорь Семилетов отмечает, что предыдущие 20-летние исследования показали: подводная часть морей Восточной Арктики стала теплее наземной на 8–10 градусов, и во многих местах уже произошла значительная или полная деградация мерзлоты. Это и способствует выходу метана в виде пузырьковых струй.
Группа учёных во главе с Василием Богоявленским, который ведёт исследования на территории автономного округа, отмечает в журнале «Арктика: экология и экономика»: «При анализе космической съёмки, выполненной в зимний период, нами выявлено около 7 тысяч бугров пучения на территории полуострова Ямал, которые представляют интерес для дальнейших исследований с целью анализа их потенциальной газовзрывоопасности. Кроме того, по данным аэрокосмических наблюдений, выявлено около трёхсот озёр, на дне которых наблюдаются сотни и даже тысячи кратеров выброса газа. Всё это свидетельствует о широкомасштабных процессах дегазации недр в Арктике».
В упомянутой статье говорится о проблемах подводной мерзлоты. Осенью 2018 г. в моря Восточной Арктики на судне «Академик М. Келдыш» вышла научная экспедиция. С его борта российские исследователи выполняют комплекс биогеохимических, геофизических и геологических исследований. В первую очередь это изучение состояния подводной мерзлоты, экологического состояния вдоль трассы Северного морского пути, потоков парниковых газов и других компонентов цикла углерода в арктической системе «суша – шельф – атмосфера».
Экспедиция организована ведущими институтами РАН: Тихоокеанским океанологическим институтом им. В. Ильичева, Институтом океанологии им. П. Ширшова РАН и Томским политехническим университетом. В экспедиции принимают участие и зарубежные специалисты, представляющие научный консорциум, созданный в 2015 году. Он объединяет учёных из двенадцати университетов пяти стран: Швеции, Нидерландов, Великобритании, США, Италии. Такой круг специалистов говорит о важности арктической проблемы в море и на суше.
На сайте ТПУ опубликована информация начальника экспедиции, профессора Игоря Семилетова о целях, задачах и о первых результатах экспедиции. Он отмечает, что до настоящего времени игнорировался тот факт, что в морях Восточной Арктики находится примерно 80 процентов подводной мерзлоты всего Мирового океана. И она, как было установлено в предшествующих двадцатилетних исследованиях, уже потеряла свою «сплошность» в результате долговременного потепления, вследствие термического уравновешивания с относительно тёплой придонной водой, а также в результате воздействия геотермического потока в рифтовых зонах.
Подводная мерзлота морей Восточной Арктики, которая стала теплее наземной мерзлоты на 8–10 градусов, достигла температуры, близкой к температуре фазового перехода. Это значит, что гигантские резервуары природного газа (в основном метана) в свободной или гидратной форме вовлечены в биогеохимический цикл, интенсивность выбросов которого изменяется в зависимости от состояния подводной мерзлоты. Установлено, что максимальные скорости разгрузки глубинного метана наблюдаются в районах мегасипов, районах с горизонтальным простиранием более тысячи метров и высокой плотностью пузырьковых струй метана. Исследования показали, что в последние тридцать лет скорость вертикальной деградации подводной мерзлоты удвоилась, по сравнению с предыдущими столетиями.
Этот результат заставляет принципиально пересмотреть постулат межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) о том, что подводная мерзлота морей Восточной Арктики стабильна и к концу XXI века может протаять максимум лишь на несколько метров. Исследования учёных Ямала, Тюмени, Москвы показывают, что мерзлота очень нестабильна и капризна. Этот факт отмечали на конгрессах учёных в Салехарде, на которых был принят ряд мер по контролю за её состоянием. Уже замечены и задокументированы случаи проседания зданий и сооружений на вечной мерзлоте. Серьёзные исследования по изучению её состояния и несущей способности ведут специалисты академических и прикладных институтов Роснефти, Газпрома, Лукойла и других компаний.
Как отмечает профессор Игорь Семилетов, полученные в этой экспедиции сведения позволяют уверенно сказать: большинство исследованных сипов – мест извержения газов, значительно увеличилось в своих размерах, по сравнению с последними наблюдениями 2014 и 2016 годов. Чтобы выяснить, насколько глубоки корни (каналы разгрузки), в экспедиции проводятся сейсмологические исследования путём размещения донных сейсмологических станций. Уже установлены пять донных станций сроком на один год, что впервые в комплексе со станциями, установленными ранее в дельте реки Лены, позволит охватить контролем весь шельф моря Лаптевых.
Игорь Семилетов коснулся и очень важной темы для бюджета регионов Арктики, прилегающих к берегам Северного Ледовитого океана, – каким образом фундаментальная наука может решить прикладные задачи, возникающие при разведке и освоении ресурсов арктического шельфа России. По мнению профессора, «в настоящее время в Российской Федерации отсутствует целевая программа по изучению распространения и состояния подводной мерзлоты, несмотря на то, что известны многочисленные случаи аварий, возникающих вследствие игнорирования научно обоснованных результатов исследования распространения и стабильности подводной мерзлоты и связанных с ней арктических газовых гидратов. В результате последствия геоэкологических катастроф в материальном отношении могут нанести ущерб, значение которого трудно переоценить. Образование «ямальских воронок» является иллюстрацией того, что может произойти в любой момент на обширных акваториях, включая лицензионные участки Роснефти и Газпрома».
Между тем потенциальное содержание метана в газовых гидратах поражает воображение исследователей не только своей опасностью. Учёные разрабатывают способы получения из газогидратов чистейшего метана в интересах промышленности. Исследователи считают газовые гидраты перспективным источником энергии, который может быть востребован. Оценки содержания метана в газогидратах в мире разнятся: от 2,8 квадриллиона тонн, по данным Минэнерго РФ, до 5 квадриллионов тонн, по данным Мирового энергетического агентства.
Даже минимальные оценки отражают огромные запасы. Для сравнения: общемировой объём запасов нефти корпорация British Petroleum в 2015 году оценила в 240 млрд. тонн. А по оценкам некоторых организаций, прежде всего ВНИИГАЗа, ресурсы метана в газогидратах на территории РФ составляют от 100 до 1000 трлн. кубометров, в Арктической зоне, в том числе морях, – до 600–700 трлн. кубометров. Но это очень приблизительно, рассказал ТАСС ведущий научный сотрудник Центра добычи углеводородов Сколковского института науки и технологий Евгений Чувилин.
Работы по извлечению метана из гидратов ведут и в Тюменской области, например, в Тюменском филиале Института теоретической и прикладной механики Сибирского отделения РАН и в Индустриальном университете. Учёные разрабатывают способы извлечения метана и ликвидации подземных и подводных бугров пучения мерзлоты.
Моисей Гельман
По материалам Российского центра освоения Арктики, газеты «Полярный круг» и информагентств
