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
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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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