Onderzoekers van Skoltech en hun collega's hebben meer dan twee jaar besteed aan het bestuderen van een 20 meter brede en 20 meter diepe krater op het Yamal-schiereiland in het noorden van Rusland, die ontstond na een explosief vrijkomen van gas, meestal methaan, uit de permafrost. Ze waren in staat om potentiële vormingsmodellen voor de ontdekte krater af te leiden die implicaties hebben voor geocryologie en klimaatveranderingsstudies. Twee papers waarin de resultaten van dit project worden geschetst, ondersteund door Total, werden gepubliceerd (1, 2) in het tijdschrift Geosciences.

permafrost, wat neerkomt op twee derde van het Russische grondgebied, is een enorm natuurlijk reservoir van methaan, een krachtig broeikasgas. Naarmate het noordpoolgebied opwarmt en de permafrost degradeert als gevolg van klimaatverandering, wetenschappers zijn bezorgd dat dit methaan in grote hoeveelheden in de atmosfeer kan lekken, opwarming van de aarde verder verergeren.

Op dit moment sijpelt methaan al stilletjes uit de ondergrond in het noordpoolgebied, maar soms doet het meer dan dat:een gigantische 40 meter brede buitenaards uitziende krater, ook wel de "Yamal-krater" genoemd, sprak tot ieders verbeelding in 2014 toen het werd gevonden op slechts 42 kilometer van het Bovanenkovo-gasveld. Explosieve gebeurtenissen zoals deze produceren indrukwekkende "littekens", maar wetenschappers weten nog steeds niet zeker waar het gas dat ze veroorzaakt vandaan komt.

"Arctische kraters zijn relatief zeldzame verschijnselen die meestal voorkomen in de afgelegen toendra. De vorst die voorafgaat aan een krater gebeurt meestal vrij snel, over een tot twee jaar, en deze plotselinge groei is moeilijk waar te nemen, dus bijna alle kraters werden ontdekt nadat alles al was gebeurd. We hebben slechts fragmentarisch bewijs van de lokale bevolking die zegt een geluid te hebben gehoord of rook en vlammen te hebben gezien. Plus, een krater verandert in een tot twee jaar in een meer, die dan moeilijk te onderscheiden is van gewone thermokarstmeren in het noordpoolgebied, " zegt Evgeny Chuvilin van het Skoltech Center for Hydrocarbon Recovery, de eerste auteur van de krant.

Het Skoltech-team besloot de Erkuta-gasemissiekrater te bestuderen, per ongeluk ontdekt in de zomer van 2017 in de uiterwaarden van de Erkuta-Yakha-rivier op het Yamal-schiereiland door biologen die geïnteresseerd zijn in valkennestplaatsen in het gebied. Volgens Dr Chuvilin, het Skoltech-team had het geluk om de veel minder beroemde Erkuta-krater in het eerste jaar te bereiken - en slechts een jaar voordat ook deze in een meer veranderde. Dus, hun is waarschijnlijk het enige team ter wereld dat de oorsprong van de Erkuta-krater heeft kunnen onderzoeken.

De onderzoekers namen monsters van permafrostgrond, gemalen ijs en water van de rand van de krater tijdens een excursie in december 2017 en voerden zes maanden later drone-observaties uit. Ze ontdekten dat de sterk negatieve δ ¹³ C (een maat voor de verhouding van stabiele koolstofisotopen ¹³ C naar ¹² C) van methaan uit gemalen ijsmonsters was kenmerkend voor biogene koolwaterstoffen, maar de verhouding van methaan tot de totale hoeveelheid van zijn homologen, ethaan en propaan, wees op een diepere thermogene bron.

Op basis van deze observaties, de wetenschappers bouwden een model voor de vorming van de krater, die "rijpte" in een van de opgedroogde meren die gevormd zijn uit een hoefijzermeer, een voormalig paleokanaal van de Erkuta-Yakha-rivier. Dit meer had waarschijnlijk een talik onder het meer - een zone van niet-bevroren bodems die geleidelijk begon te bevriezen nadat het meer was opgedroogd, het opbouwen van de stress die uiteindelijk vrijkwam in een krachtige explosie.

"Cryovulkanisme, zoals sommige onderzoekers het noemen, is een zeer slecht bestudeerd en beschreven proces in de cryosfeer, een explosie met stenen, ijs, water en gassen die een krater achterlaten. Het is een potentiële bedreiging voor menselijke activiteiten in het noordpoolgebied, en we moeten grondig bestuderen hoe gassen, vooral methaan, zich ophopen in de bovenste lagen van de permafrost en onder welke omstandigheden de situatie extreem kan worden. Deze methaanemissies dragen ook bij aan de stijgende concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer, en klimaatverandering zelf kan een factor zijn bij het vergroten van cryovulkanisme. Maar dit is nog iets dat moet worden onderzocht, ' merkt Chuvilin op.