永久冻土|北极圈内接连出现神秘巨洞，科学家担甲烷|亚马尔半岛

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图片来源：《自然》杂志
爆炸性登场
北极圈内寒冷的西伯利亚平原上，一场爆炸突然发生，在平原上留下一个巨洞。巨洞的边缘混杂着破碎的灰色冰块和冻土块，其附近的植物根部呈现出被烧焦的迹象。
6年前，直升机飞行员在飞过西伯利亚平原西北部的亚马尔半岛（Yamal Peninsula）时，首次发现了这类巨洞，洞的直径约20米，深为52米。卫星图像分析显示，这个被命名为GEC-1的洞是在2013年10月形成的。这并不是一个孤例，截至目前，科学家在亚马尔半岛和邻近的吉丹半岛（Gydan Peninsula）上已经发现了多达17个巨洞。
究竟是什么原因导致这片永久冻土上出现了这些洞，以及它们是如何突然形成的，在很大程度上仍然是个谜团。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，它表明地球北部这片寒冷、人烟稀少的土地，正在发生一些根本性的变化。 Evgeny Chuvilin是斯科尔科沃科技学院的一位地质学家，他特意飞到亚马尔半岛上的这一僻远角落来一探究竟。他对巨洞的形成倍感困惑，而一个深度接近50米的巨洞似乎包含了解决这一谜团的关键信息。

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图片来源：AP Photo/Associated Press Television
近期的一些研究为这种现象提供了线索。目前可以明确的是，这些巨洞的形成原因并不地表下的永久冻土融化、移动或逐渐下沉，而是爆炸。 “在爆炸发生时，大块的土壤和冰块被抛离至离中心区域数百米的地方， ”Chuvilin说， “这种巨大的力量是由很高的压力造成的。而为什么会出现这样的高压，还是一个谜团。 ”
一些科学家比较了这些巨洞与冰火山（cryovolcanoes ，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）。随着更深入地了解到这些巨洞的演化阶段，他们开始将它们称作“气体排放环形山”（gas emission craters）。这个名字也提示了这些大洞是如何形成的。 Chuvilin说：“对卫星图像的分析表明，一次爆炸会在冰丘或土堆所在的地方形成一个巨大的洞。 ”
奇特的巨洞
冰丘（Pingo）是一种圆顶状的小山。当冻土层下方的水开始冻结，会将其往上推，使其膨胀成一个土堆。但在北极圈内的大部分地区，这些土堆最终都会塌陷。但西伯利亚西北部的这些土堆并不相同。 Chuvilin解释说，它们膨胀得“非常快，会上升到数米高” ，然后突然爆炸。让土堆膨胀随后爆炸的并不是冻结的冰，而似乎是积累的下层气体。
莫斯科国立大学的岩相学家Alexander Kizyakov表示，从气体累积到爆炸形成巨洞的周期只有3~5年的时间。在离亚马尔半岛不远的喀拉海海底，科学家也发现了类似的气体排放形成的土堆和巨洞，另外在巴伦支海也找到了类似的迹象。但是截至目前，他们还没有在北极圈内的其他陆地上发现类似的现象。
亚马尔半岛的永久冻土中的一些成分，使它们容易爆炸形成巨洞。这里具有一些典型的地质特征：上层通常是一层很厚的冰，被称为平顶冰（tabular ice），它能在永久冻土层上形成盖层。这一区域还含有特征性的湿寒土（cryopeg），它由永冻层包围未冻结的土壤组成——就像一种永冻层“三明治” 。而第三个特征是该地区的地下深处储藏着天然气和石油。

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图片来源：Skolkovo Institute of Science and Technology
【永久冻土|北极圈内接连出现神秘巨洞，科学家担心的变化正在发生】研究人员发现在巨洞底部的水里，甲烷的含量升高，这表明甲烷可能正在从下面冒出来。一个主流的理论是，来自永久冻土层下方的甲烷气体通过一些途径到达了冰层下未被冻住的土壤中。另一个观点认为，当湿寒土中的水开始结冰时，其中溶解的高浓度二氧化碳会开始溢出。
Chuvilin表示甲烷和二氧化碳的另一种来源可能是未冻结土壤中的大量微生物，它们能分解有机物质并释放气体。研究人员对一个巨洞进行的甲烷同位素分析实验，似乎也证实了这一点。但是，在近期形成的巨洞底部的水中，产生甲烷的微生物的活性特别低。