北极突然出现巨洞是怎么回事（北极圈内接连出现神秘巨洞）

在北极圈内一个偏远的半岛上，突然出现了一些神秘的大洞，这似乎预示着让科学家担忧的事情正在地下发生。

图片来源:《自然》杂志

编译|石

修订|吴菲

爆款出道

在北极圈寒冷的西伯利亚平原上，突然发生了一次爆炸，在平原上留下了一个巨大的空洞。巨洞的边缘夹杂着破碎的灰冰和冻土，附近植物的根部有被烧焦的迹象。

6年前，直升机飞行员在飞越西伯利亚平原西北部的亚马尔彭尼苏拉(YamalPeninsula)时，首次发现了这种巨型洞穴。洞穴直径约20米，深度52米。卫星图像分析显示，这个名为GEC-1的洞形成于2013年10月。这并非孤例。截至目前，科学家在亚马尔半岛和附近的吉丹半岛发现了多达17个巨型洞穴。

是什么造成了这些永久冻土上的洞，它们是如何突然形成的，在很大程度上仍然是个谜。对于许多研究北极的科学家来说，这是一个令人不安的迹象，它表明在地球北部这片寒冷而人烟稀少的土地上正在发生一些根本性的变化。EvgenyChuvilin是斯科尔科沃理工学院的地质学家。他特地飞到亚马尔半岛的这个偏僻角落一探究竟。他对巨洞的形成感到不解，一个深近50米的巨洞似乎蕴藏着解开这个谜团的关键信息。

图片来源:美联社照片/美联社电视

最近的一些研究为这一现象提供了线索。目前已经很清楚，这些巨型洞穴形成的原因不是地表下的永久冻土融化、移动或逐渐下沉，而是爆炸。“爆炸发生时，大块的土壤和冰被抛到距离中心区数百米远的地方，”丘维林说。“这个巨大的力是由高压引起的。而为什么会有这么高的压力，至今还是个谜。”

一些科学家将这些巨型洞穴与冷火山(喷射冰而不是岩浆的火山，存在于冥王星、土卫六和谷神星上)进行了比较。随着对这些巨型洞穴演化阶段的深入了解，他们开始称之为“气体排放环形山”。这个名字也暗示了这些大洞是如何形成的。丘维林说:“对卫星图像的分析显示，一次爆炸会在冰丘或土丘所在的地方形成一个巨大的洞。”

奇怪的巨大洞穴

冰丘是一个圆顶状的小山。当永久冻土层下面的水开始结冰时，会把它向上推，膨胀成一个土堆。但是在北极圈的大部分地区，这些土堆最终会倒塌。但是西伯利亚西北部的这些土堆是不同的。丘维林解释说，它们膨胀“非常快，会升到几米高”，然后突然爆炸。不是冻结的冰使土堆膨胀然后爆炸，而是积聚的下层气体。

莫斯科国立大学的岩石学家AlexanderKizyakov说，从气体积聚到爆炸形成一个巨大的洞的周期只有3到5年。在距离亚马尔半岛不远的喀拉海海底，科学家们也发现了类似气体排放形成的土丘和巨大洞穴，在巴伦支海也发现了类似的迹象。但到目前为止，他们还没有在北极圈的其他土地上发现类似的现象。

亚马尔半岛永久冻土中的一些成分使它们容易爆炸，形成巨大的洞穴。这里有一些典型的地质特征:上层通常是厚厚的一层冰，称为tabularice，可以在永久冻土上形成覆盖层。这个地区还包含有特色的低温层，由被永久冻土包围的未冻土层组成——就像一种永久冻土“三明治”。第三个特点是这个地区地下深处有天然气和石油。

图片来源:斯科尔科沃科学技术研究所

研究人员发现，巨型洞穴底部的水中甲烷含量增加，这表明甲烷可能是从下面出来的。一个主流的理论是，甲烷气体从永久冻土下面以某种方式到达冰下未冻结的土壤。另一种观点认为，当湿冷土壤中的水开始结冰时，溶解的高浓度二氧化碳就会开始溢出。

丘维林说，甲烷和二氧化碳的另一个来源可能是未冻结土壤中的大量微生物，它们可以分解有机物质并释放气体。研究人员在一个巨型洞穴上进行的甲烷同位素分析实验似乎证实了这一点。然而，在最近形成的巨型洞穴底部的水中，产甲烷微生物的活性特别低。

但是甲烷也会从冰层中泄漏出来。封存在永冻土中的气体会与水形成一种奇怪的冻结状态，这种状态被称为gashydrate。当冰融化时，气体就会释放出来。“研究人员认为，这些巨型洞穴的形成可能有不同的机制，很难用单一的模型来描述，”丘维林说。"巨大洞穴的形成很大程度上取决于环境和地形."他指出，到目前为止，至少发现了一个在河床上形成的巨大孔洞。

发现更多的巨洞

当它们最终爆炸时，场面看起来真的很壮观。气体上方的土壤、冰和大部分未冻结物质被甩出300米远。由于用力过猛，扔出的土块直径可达1米。洞口周围会形成“护栏”，洞口比洞身宽。根据当地牧民的报告，当2017年6月Mi Udria Ka河岸边的一个洞爆炸时，他们看到了火焰和烟雾。洞穴以南约33公里的赛亚卡附近的村民说，气体持续燃烧了约90分钟，火焰达到4-5米高。

虽然这个地区人烟稀少，但在这样一个靠近居民区的地方发生爆炸，足以引起人们的关注。此外，这一地区到处都是石油和天然气基础设施管道。这些管道试图开采埋藏在永久冻土下的化石燃料。

北极生态学家苏·纳塔丽(Sue Natali)说:“一旦我们发现类似的巨型洞穴，我们将使用高分辨率卫星图像来找出它们形成的时间。”他们的研究表明，这个地区似乎有比以前认为的更多的巨型洞穴。“我们已经确认并核实了两个新的大洞的位置，并正在检查20多个“很可能”是大洞的地点。她的研究团队希望收集足够的数据来自动化这一搜索过程。他们的最终目标是创建一种算法，通过卫星图像找到可能的气体排放堆，并在大洞形成之前预测它们的位置。

发现这些大洞有多普遍将是一个缓慢的过程。爆炸后，大多数巨洞似乎很快就消失了。在Seyakha村附近，一个直径70米、深50多米的巨大洞穴，因为靠近河边，仅仅4天就被水灌满了。从巨洞过渡到湖边，似乎是个不错的结局。

其他巨型洞穴被水淹没需要更长的时间，但一两年后，这些洞穴的边缘会被腐蚀，它们会被水填满，最终它们会变得与其他成千上万的小型圆形湖泊没有区别。这样的湖泊，也被称为热喀斯特湖泊，散布在这片土地上。但是，有多少湖泊是气体排放形成的巨洞还不清楚。

未来影响

科学家想知道巨型洞穴有多普遍，不仅仅是出于好奇。他们担心这种现象可能与北极更广泛的气候变化有关。北极空气的变暖速度是全球平均水平的两倍，该地区的冻土融化量在夏季也在增加。

这正在改变北极的地貌，导致土壤下沉和融化山体滑坡。Batagaika megaslump是西伯利亚的一个大型融化滑坡，它从20世纪60年代的一条沟渠发展成为一个直径近900米的深坑。纳塔丽说:“据我所知，地球上没有其他地方的气候变化导致了地面地质结构的变化。”

北极永久冻土中含有大量的碳，大约是目前大气中碳含量的两倍。它主要以植物和其他有机物的冷冻残留物的形式存在，此外，还有被困在冰晶中的甲烷。随着地面解冻，微生物可以分解有机物，释放甲烷和二氧化碳。同时，被困在冰中的甲烷也会被释放出来。作为一种强大的温室气体，这些甲烷可能会加速全球变暖，这可能会导致更多的冻土融化。

亚马尔半岛上的这些巨型洞穴可能会增加另一次气候变化过程的可能性，这可能会通过一个复杂的反馈回路增加气温上升、冻土融化和温室气体排放的可能性。如果事实证明深埋在永久冻土层下的甲烷沉积物开始向上渗透穿过永久冻土层，这将是冻土带上的冰冻冰盖变得更具渗透性的标志。关于北极的变化将如何影响更广泛的全球变暖，也将有新的不确定性。

“这些巨洞的出现是一个非常令人震惊的迹象，它表明北极正在经历更广泛的变化，”纳塔丽说。“你观察这方面的变化，有的是逐渐发生的，有的是突然发生的，很少有爆发性的变化。这一现象也引起了人们的关注，考虑到它将如何影响大气中温室气体的变化。”