В каких частях Урала проявляется многолетняя мерзлота?Северный Урал
В северной части Урала многолетняя мерзлота проявляется еще более ярко. Здесь, на больших территориях, практически весь грунт замерзает в зимний период, а летом тает только верхний слой. Это приводит к образованию торфяников, сфагновых болот и других маршевых комплексов.Ниже приведена интерактивная карта из статьи
Вечная мерзлота, Том 2, Национальный Атлас России:
Далее, как гласит
Информация о природных особенностях Северного Урала,
на Северном Урале распространены болота, особенно на плоских перевалах и пологих склонах. На восточном склоне большие площади заняты сфагновыми болотами. Теперь обратимся к автореферату диссертации
Изменения эмиссии метана из многолетнемёрзлых болот России в условиях прогнозируемого климата:
Метан в торфяной залежи находится как в растворенном, так и в газообразном состоянии. При этом выпуклые верховые болота атмосферного питания характеризуются большими его концентрациями по сравнению с низинными болотами атмосферно-грунтового питания и аапа-болотами.В то же время, согласно статье
Глубинный цикл углеводородов: результаты экспериментального моделирования и геологические данные,
в зонах субдукции (взаимодействия литосферных плит)
расположен целый ряд гигантских скоплений углеводородов. (...) Данные геологических наблюдений свидетельствуют о том, что сложные углеводородные системы могут существовать в слэбе на значительных глубинах. Так, на Урале существует палеозона субдукции, выраженная в виде Главного Уральского глубинного разлома.Учитывая вышесказанное, в статье
Метан в мерзлоте — ресурс или опасность? выделим ряд моментов:
Газ может поступать с небольших глубин (первые десятки метров) при инженерно-геологическом бурении скважин и даже при проходке шурфов в несколько метров в мёрзлых породах.
Биохимический свободный газ образуется из органического материала, который накапливается внутри таликовых (немёрзлых) зон, расположенных в пределах многолетнемёрзлых пород. Это могут быть болота, талики под руслами рек и озёр. (...) Если такой высоковлажный талый грунт будет промерзать в зимний период, то растущие кристаллы льда постепенно отожмут образовавшийся в донных отложениях газ вниз по разрезу. Такое отжатие газа от поверхности земли при многолетнем промерзании может продолжаться до глубин десятков метров. Естественным упором для такого отжатия становятся многолетнемёрзлые породы, залегающие под таликом и вокруг него. В случае, если талик замкнут со всех сторон мёрзлыми породами, при его всестороннем промерзании в оставшейся талой зоне будет происходить так называемое «криогенное концентрирование газа». Газ в этом случае попадёт как бы в ловушку и будет находиться там под давлением, можно сказать, в «законсервированном и концентрированном» виде. При случайном вскрытии в ходе бурения такой «газовой ловушки» (также их часто называют «газовыми карманами») может начаться спонтанный выход газа.
Этот относительно молодой по возрасту газ, образовавшийся при микробиальной переработке органического вещества в приповерхностной части криолитозоны, по своему составу (преимущественно метан с незначительным содержанием двуокиси углерода) будет существенно отличаться от газа из нижележащих продуктивных горизонтов. Газ, поступающий из глубины, имеет совершенно иной генезис и значительно более солидный возраст. Кроме метана в его составе могут присутствовать в значительном количестве различные гомологи метана (этан, пропан и др.).
Этот глубинный газ называют также катагенетическим или термогенным. Он образуется на больших глубинах от сотен метров до нескольких километров в результате преобразования осадочных пород под влиянием повышенных температур и давлений. Как же он попадает в мёрзлые породы? Пути его могут быть различны. Одним из них является многолетнее промерзание газоносных коллекторов или газонасыщенных угольных залежей, сформировавшихся в предыдущие геологические эпохи и залегающих на небольшой глубине, сопоставимой с мощностью криолитозоны. Другим способом попадания глубинных газов в интервал многолетнемёрзлых пород является их миграция по проницаемым зонам земной коры. Образованию таких проницаемых зон может способствовать неотектоническая активность в данном регионе, в результате которой часто возникает субвертикальная трещиноватость горных пород. По этим трещинам и поднимаются из самых глубин Земли газовые флюиды. Иногда эти газы могут иметь возможность прямой разгрузки в атмосферу или гидросферу. Но в ряде случаев она может быть остановлена, например, при промерзании отложений сверху и образовании своеобразной непроницаемой мёрзлой покрышки. При этом вдоль зон трещиноватости будут формироваться полости, заполненные газом. И тут можно снова говорить об образовании «криолитологических газовых ловушек» для восходящего свободного газа.
Но помимо свободного газа, то есть существующего в привычной всем нам газообразной форме, в условиях мерзлоты газ может также присутствовать в связанном состоянии — в виде гидрата. (...) Газовыми гидратами называют кристаллические соединения, образующиеся при определённых термобарических условиях из воды и газа. В гидратах молекулы воды образуют ажурный каркас, имеющий полости, которые могут занимать молекулы газа. Гидраты газов также называют клатратами (от латинского clat(h)ratus — «закрытый решёткой, посаженный в клетку»). Благодаря своей клатратной структуре единичный объём газового гидрата может содержать до 160—180 объёмов чистого газа. Скопления кристаллов газового гидрата напоминают ледяную массу, которую весьма условно можно назвать газом в твёрдом состоянии. Вероятность образования гидратов увеличивается с повышением давления и понижением температуры. При повышении температуры или уменьшении давления гидрат может «таять» — разлагаться на газ и воду, сопровождаться это будет активным шипением и пузырением «гидратного льда».
...
В мерзлоте газовые гидраты могут формироваться на небольшой глубине (в зоне метастабильности) и в настоящее время. Если свободный газ (метан) любого генезиса попадает в криолитологическую «газовую ловушку», то там он вполне может стать участником процесса гидратообразования вследствие кратковременного подъёма давления в замкнутом объёме при промерзании. А в дальнейшем при снижении давления газогидратные образования могут сохраняться в метастабильном состоянии за счёт самоконсервации.
...
Как мы уже отмечали выше, газ может быть заключён в мерзлоте в «газовых ловушках» или в виде газовых гидратов. Нарастание давления внутри газонасыщенной области рано или поздно должно привести к его разгрузке. И если давление, например, при разложении газовых гидратов будет нарастать стремительно, то и разрушение вышерасположенных пластов пород газами, рвущимися на свободу, будет столь же стремительным. Самый крайний случай — это разрыв толщи пород над внутримерзлотной газовой залежью, который по сути своей является взрывом. В настоящее время многие это называют «криовулканизмом».
...
Газопроявления при бурении и эксплуатации скважин могут наблюдаться как в непосредственной близости от ствола скважины, так и на расстоянии нескольких метров от неё. Вокруг работающей скважины неизбежно возникает некоторый ореол оттаивания, который может затронуть внутримерзлотное скопление газа. Внутримерзлотная газовая или газогидратная залежь может быть потревожена уже на стадии бурения. В результате газ будет подниматься на поверхность из глубины мёрзлой толщи вдоль контакта «цементное кольцо — оттаивающая порода». Дальнейшее распространение ореола оттаивания на всё большие расстояние вокруг скважины при её эксплуатации может привести к активизации газопроявлений из вскрытой внутримерзлотной залежи. Однако бывают случаи, когда при бурении газопроявлений не отмечалось, но в процессе формирования ореола оттаивания вокруг работающей скважины с течением времени могут быть затронуты газо- и газогидратные скопления в мерзлоте уже на некотором расстоянии от устья скважины.Таким образом, одним из свойств мерзлоты является наличие «газовых ловушек», в которых накапливается как приповерхностный, так и глубинный газ, а также газовых гидратов. А выбросы газа из мерзлоты могут происходить как по естественным причинам, так и в результате человеческой деятельности. И не только в результате геологоразведки, но, например, и при разведении костров. В статье
Пожары усиливают таяние вечной мерзлоты говорится,
что огонь усугубляет явление термокарста — просадку земной поверхности при таянии льдистых мерзлых пород. В статье также отмечается,
что образование термокарста ускорилось на 60% с 1950-х годов.
Отметим факторы, способствующие возгоранию метана. В статье
Водород, метан, радон и молниевые разряды облако-земля на основании обзора материалов полевых наблюдений сделан вывод о том, что
в местах молниевых разрядов облако-земля имеет место повышенный сброс в приповерхностную атмосферу метана — одного из двух газов-носителей радона, основного ионизатора приземного воздуха. То есть возгоранию метана способствует радон, вызывающий молниевые разряды. И также процитируем статью
Электрические разряды и грозы в недрах Земли:
Накопление объемного заряда в диэлектрических породах, при котором величина напряженности поля достигнет значения электрической прочности диэлектрика. Произойдет пробой и накопившийся объемный заряд протечет по каналу разряда.
...
Свободные электрические заряды в минералах и породах могут возникнуть под влиянием постоянно действующих факторов, как-то: петростатическое давление, радиоактивные излучения, градиенты температур, давлений или концентраций, изменение химического состава и проч., а также временного воздействия. К их числу относятся прохождение фронта ударной волны, возмущение магнитного поля, пропускание индукционных токов в Земле, вызванных явлениями в ионосфере, возникновение электрических зарядов при раскалывании минералов и трении, так как смещение горных масс сопровождается трением и возникновением электрических зарядов на поверхностях.Теперь о главном. В диссертации
Гидродинамика и горение газовых и двухфазных выбросов в открытой атмосфере показано, что начальная вертикальная струя горючего после зажигания и окончания действия источника трансформируется в огненный шар, форма которого близка к сферической, при этом максимум скорости реакции сосредоточен в узкой зоне на внешней границе облака, ближе к его верхней кромке, горение носит диффузионный характер. В этой же
диссертации говорится об одной из численных моделей, согласно которой
сферический вначале объем нагретого газа через 16 с сворачивается в вихревое кольцо, а примерно через 30–40 с максимум температуры отходит от оси на периферию, в связи с чем нужно вспомнить слова вертолётчика Потяженко о светящемся "бублике", зависшем над палаткой военных.
Также представляет интерес статья
Пылегазовый огненный шар как особая форма послесвечения электрического эрозионного разряда:
Общие свойства огненных шаров. В течение периода послесвечения яркость шара уменьшается, в некоторых случаях его цвет сильно изменяется (Al, Cu). Релаксация формы всплывающего огненного шара происходит по нескольким возможным сценариям. Если в течение первого короткого периода, когда поверхностное натяжение максимально, внутренняя газодинамика не успела прорелаксировать с формированием единого ядра, то затем объект разделяется на части, иногда разлетающиеся в разные стороны, или принимает вид улетающей струи. Объект с внутренним тороидальным вихревым ядром первые 50 — 100 ms имеет сферическую оболочку, которая затем трансформируется в тороидальную.
И здесь уместен отрывок из книги
В страну Югорию. Путевые заметки во время туристского похода студентов геофака СГПИ по Северному Уралу в январе — феврале 1959 года:
Новый, 1960, год мы, туристы встречали в доме полковника Куприянова, отца нашей сокурсницы Риты Куприяновой. Разговор невольно опять зашел о погибших политехниках. Был тут и Слава Карелин — участник поисков. Полковник сказал нам по секрету: когда все поисковики уехали с места трагедии, туда прибыли солдаты его полка. Вечером по рации сержант докладывает:
— Вижу, с горы катится огненный шар. Он делится на несколько шаров. Все это катится на нас. Что делать?
— Действуйте по обстановке.
— Принимаю решение: остаемся в палатке. Живы остались. Но — нервное потрясение.
Тема: Огненные шары и мерзлота (Прочитано 1151 раз)