Forskare från Skoltech och deras kollegor ägnade mer än två år åt att studera en 20 meter bred och 20 meter djup krater på Yamalhalvön i norra Ryssland som bildades efter ett explosivt utsläpp av gas, mestadels metan, från permafrosten. De kunde härleda potentiella bildningsmodeller för den upptäckta kratern som har konsekvenser för geokryologi och klimatförändringsstudier. Två artiklar som beskriver resultaten av detta projekt, stöds av Total, publicerades (1, 2) i tidskriften Geosciences.

Permafrost, som uppgår till två tredjedelar av det ryska territoriet, är en enorm naturlig reservoar av metan, en stark växthusgas. När Arktis värms upp och permafrosten försämras på grund av klimatförändringar, forskare är oroade över att denna metan kan börja läcka ut i atmosfären i enorma mängder, ytterligare förvärra den globala uppvärmningen.

Just nu sipprar redan metan tyst från underjorden i Arktis, men ibland gör den mer än bara det:en gigantisk 40 meter bred krater som ser ut som utomjordingar, kallad "Yamal-kratern", fångade allas fantasi 2014 när den hittades bara 42 kilometer från gasfältet Bovanenkovo. Explosiva händelser som denna ger imponerande "ärr", men forskarna är fortfarande inte säkra på var gasen som orsakar dem kommer ifrån.

"Arktiska kratrar är relativt sällsynta fenomen som mestadels förekommer i den avlägsna tundran. Den frosthöjning som föregår en krater sker vanligtvis ganska snabbt, över ett till två år, och denna plötsliga tillväxt är svår att observera, så nästan alla kratrar upptäcktes efter att allt redan hade hänt. Vi har bara bitvis bevis från lokalbefolkningen som säger att de hörde ett ljud eller såg rök och lågor. Plus, en krater förvandlas till en sjö inom ytterligare ett till två år, som då är svår att skilja från vanliga termokarstsjöar i Arktis, " säger Evgeny Chuvilin från Skoltech Center for Hydrocarbon Recovery, tidningens första författare.

Skoltech-teamet bestämde sig för att studera Erkuta-gasutsläppskratern, upptäcktes av misstag sommaren 2017 i floden Erkuta-Yakha-flodens översvämningsslätt på Yamalhalvön av biologer som är intresserade av häckningsplatser för falkar i området. Enligt Dr Chuvilin, Skoltech-teamet hade turen att ta sig till den mycket mindre berömda Erkuta-kratern under sitt första år – och bara ett år innan den också förvandlades till en sjö. Således, deras är förmodligen det enda laget i världen som fick undersöka ursprunget till Erkuta-kratern.

Forskarna tog prover av permafrostjord, markis och vatten från kraterns kant under en studieresa i december 2017 och genomförde drönarobservationer sex månader senare. De fann att den starkt negativa δ ¹³ C (ett mått på förhållandet mellan stabila kolisotoper ¹³ C till ¹² C) av metan från malda isprover var karakteristiskt för biogena kolväten, ändå förhållandet mellan metan och den totala mängden av dess homologer, etan och propan, pekade på en djupare termogen källa.

Baserat på dessa observationer, forskarna byggde en modell för bildandet av kratern, som "mognat" i en av de uttorkade sjöarna som bildades från en oxbow-sjö, en tidigare paleo-kanal i Erkuta–Yakha-floden. Den här sjön hade troligen en undersjötalik - en zon med ofrusen jord som började frysa gradvis efter att sjön hade torkat ut, bygga upp den stress som till slut släpptes i en kraftig explosion.

"Kryovulkanism, som vissa forskare kallar det, är en mycket dåligt studerad och beskriven process i kryosfären, en explosion som involverar stenar, is, vatten och gaser som lämnar efter sig en krater. Det är ett potentiellt hot mot mänsklig aktivitet i Arktis, och vi måste noggrant studera hur gaser, speciellt metan, ackumuleras i permafrostens översta lager och vilka förhållanden som kan göra att situationen blir extrem. Dessa metanutsläpp bidrar också till de stigande koncentrationerna av växthusgaser i atmosfären, och klimatförändringen i sig kan vara en faktor för att öka kryovulkanismen. Men detta är fortfarande något som måste undersökas, " konstaterar Chuvilin.