Взрывающиеся озера: почему, казалось бы, безобидные водоемы могут убить

При определенных геологических условиях водоемы способны накапливать огромные объемы растворенных газов и внезапно выбрасывать их в атмосферу. Это явление называется лимнической сыпью. Подробнее об одном из взрывающихся озер читайте в статье «».

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Frontiers in Earth Science, глубина озера достигает примерно 210 метров, а площадь поверхности — около 1,6 км². Важной особенностью является то, что его воды остаются стратифицированными, то есть практически не перемешиваются по вертикали.

Эта структура называется меромиктической. Верхний слой (эпилимнион) взаимодействует с атмосферой и относительно устойчив, а нижний слой (гиполимнион) изолирован, более холоден и насыщен растворенными газами. Именно эта изоляция позволяет накапливать опасные концентрации углекислого газа.

Откуда берется газ?

Под озером сохраняется связь с глубинными магматическими процессами. На глубине десятков километров в мантии происходит дегазация — выделение углекислого газа из расплавленных пород. Этот газ поднимается вверх по трещинам и разломам земной коры и постепенно попадает в воду.

Давление играет важную роль. На глубине сотен метров вода может содержать значительно больше растворенного газа, чем на поверхности. Это тот же физический принцип, что и в газированных напитках: пока бутылка закрыта, газ остается растворенным, но по мере снижения давления он начинает активно выделяться.

Восточная Африка разрывается на части, образуя новый океан

В озере Ньос этот процесс продолжается постоянно. Газ поступает медленно, но из-за отсутствия перемешивания не выходит. В результате нижние слои воды могут накапливать сотни тысяч тонн растворенного CO₂.

Как возникает лимническая сыпь?

Лимническое извержение — это резкое и лавинообразное выделение растворенного газа из глубоких слоев воды. Оно не сопровождается огнем, лавой или обычными признаками катастроф, но может привести к массовой гибели людей и животных.

Процесс начинается с нарушения устойчивости слоев. Причиной может стать оползень, землетрясение, сильный ветер или даже падение большого камня. Важно не само извержение, а то, что оно вызывает вертикальное перемешивание воды.

При подъеме газонасыщенной воды давление падает и начинает быстро выделяться углекислый газ. Это, в свою очередь, снижает плотность воды и увеличивает подъём – происходит самоподдерживающаяся реакция.

Фактически вода закипает без повышения температуры. За короткое время огромные объемы газа переходят из растворенного состояния в свободное и выбрасываются в атмосферу.

Что произошло в 1986 году?

21 августа 1986 года на озере Ньос произошло крупнейшее из известных лимнических извержений. Из глубин было выброшено от 100 000 до 300 000 тонн углекислого газа. Образовавшееся облако сначала поднялось вверх, а затем из-за своей большой плотности опустилось на землю и начало распространяться по местности.

Газ двигался по долинам со скоростью десятки километров в час и охватывал территорию радиусом до 25 километров. В результате погибло 1746 человек и более 3500 животных.

Особенность этой катастрофы в том, что она произошла без видимых разрушений. Дома, растительность и инфраструктура остались нетронутыми. Людей находили в тех позах, в которых они находились перед смертью – это свидетельствует о быстром наступлении потери сознания.

Почему газ оказался смертельным?

Углекислый газ примерно в полтора раза тяжелее воздуха. После выхода она не поднимается вверх, а распространяется по поверхности земли, заполняя низины, овраги и долины.

При высоких концентрациях CO₂ кислород вытесняется. Уже на уровне около десяти процентов начинаются проблемы с дыханием, а при более высоких концентрациях человек может потерять сознание в считанные минуты.

Дополнительная опасность заключается в том, что газ не имеет цвета и запаха. Люди не ощущают его присутствия и не получают предупредительных сигналов. Это делает лимнические высыпания особенно опасными: они происходят тихо и почти незаметно.

Почему такие озера редки?

Для формирования лимнической сыпи необходимо совпадение нескольких факторов. Требуется источник газа, обычно связанный с вулканической активностью. Озеро должно быть достаточно глубоким, чтобы удерживать газ под давлением. При этом важно, чтобы не было сезонного перемешивания, препятствующего накоплению в обычных водоемах.

Такие состояния встречаются крайне редко. Помимо Ньоса, подобные процессы зафиксированы только в озерах Монун (Камерун) и Киву (на границе Руанды и Демократической Республики Конго). Это делает лимнические извержения уникальным явлением природы.

Что сейчас происходит с озером?

После катастрофы в озере Ньос были установлены системы дегазации. Они представляют собой вертикальные трубы, по которым вода из глубины поднимается на поверхность.

По мере подъема давление снижается, и растворенный газ постепенно контролируемым образом выходит наружу. Это снижает концентрацию CO₂ в нижних слоях и снижает риск повторного извержения.

Однако исследования, опубликованные в MDPI, показывают, что газ продолжает течь из недр Земли. Это означает, что процесс дегазации необходимо поддерживать непрерывно.

Дополнительный риск связан с естественной плотиной озера. Он образован вулканическими породами и подвержен эрозии. Его разрушение может привести к внезапному выбросу воды и дополнительному газовыделению.

Поэтому современные исследования направлены на анализ скопления газов, устойчивости стратифицированных водоемов и механизмов запуска извержений. Разрабатываются модели для прогнозирования критических состояний системы. Также создаются системы раннего оповещения, способные обнаруживать изменения в составе воды, температуре и давлении.

Ранее мы писали, почему власти Туркменистана не могут потушить «Врата ада».