Взрывающиеся озера: почему безопасные на вид водоемы могут убивать

В некоторых геологических условиях водоемы способны накапливать огромные объемы растворенных газов и внезапно выбрасывать их в атмосферу. Это явление называется лимническим извержением. Подробнее об одном из взрывающихся озер — в материале «‎Рамблера».

Озеро Ньос расположено на северо-западе Камеруна, в зоне тектонической активности, связанной с так называемой Камерунской вулканической линией. Оно сформировалось в кратере маара — особого типа вулканической воронки, возникающей при взрывном взаимодействии магмы с подземными водами. В момент такого взрыва образуется углубление, которое затем постепенно заполняется водой.

По данным исследования, опубликованного в журнале Frontiers in Earth Science, глубина озера достигает примерно 210 метров, а площадь поверхности составляет около 1,6 км². Важная особенность — его воды остаются стратифицированными, то есть практически не перемешиваются по вертикали.

Такая структура называется меромиктической. Верхний слой (эпилимнион) взаимодействует с атмосферой и относительно стабилен, тогда как нижний слой (гиполимнион) изолирован, более холодный и насыщен растворенными газами. Именно эта изоляция делает возможным накопление опасных концентраций 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 поступает в воду.

Важную роль играет давление. На глубине в сотни метров вода способна удерживать значительно больше растворенного газа, чем у поверхности. Это тот же физический принцип, что и в газированных напитках: пока бутылка закрыта, газ остается растворенным, но при снижении давления он начинает активно выделяться.

Восточная Африка разрывается на части, формируя новый океан

В озере Ньос этот процесс идет непрерывно. Газ поступает медленно, но из-за отсутствия перемешивания не выходит наружу. В результате нижние слои воды могут накапливать сотни тысяч тонн CO₂ в растворенном виде.

Как происходит лимническое извержение?

Лимническое извержение — это резкий и лавинообразный выброс растворенного газа из глубинных слоев воды. Оно не сопровождается огнем, лавой или привычными признаками катастроф, но при этом может приводить к массовой гибели людей и животных.

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

Когда насыщенная газом вода поднимается вверх, давление падает, и углекислый газ начинает быстро выделяться. Это, в свою очередь, уменьшает плотность воды и усиливает подъем — возникает самоподдерживающаяся реакция.

Фактически происходит вскипание воды без повышения температуры. В течение короткого времени огромные объемы газа переходят из растворенного состояния в свободное и выбрасываются в атмосферу.

Что произошло в 1986 году?

21 августа 1986 года в озере Ньос произошло крупнейшее известное лимническое извержение. Из глубин было выброшено от 100 000 до 300 000 тонн углекислого газа. Образовавшееся облако сначала поднялось вверх, а затем из-за высокой плотности опустилось к земле и начало распространяться по рельефу.

Газ двигался по долинам со скоростью десятки километров в час и охватил 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. Люди были обнаружены в тех позах, в которых находились до гибели — это указывает на быстрое наступление потери сознания.

Почему газ оказался смертельно опасным?

Углекислый газ тяжелее воздуха примерно в полтора раза. После выброса он не поднимается вверх, а стелется по поверхности земли, заполняя низины, овраги и долины.

При высокой концентрации CO₂ происходит вытеснение кислорода. Уже при уровне около десяти процентов начинается нарушение дыхания, а при более высоких концентрациях человек может потерять сознание за считанные минуты.

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

Почему такие озера встречаются нечасто?

Для формирования лимнического извержения требуется совпадение сразу нескольких факторов. Необходимо наличие источника газа, обычно связанного с вулканической активностью. Озеро должно быть достаточно глубоким, чтобы удерживать газ под давлением. При этом важно отсутствие сезонного перемешивания, которое в обычных водоемах предотвращает накопление.

Такие условия встречаются крайне редко. Помимо Ньоса, аналогичные процессы зафиксированы только в озерах Монун (Камерун) и Киву (на границе Руанды и Демократической Республики Конго). Это делает лимнические извержения уникальными природными явлениями.

Что происходит с озером сейчас?

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 выходит наружу в контролируемом режиме. Это позволяет уменьшать концентрацию CO₂ в нижних слоях и снижать риск повторного извержения.

Однако исследования, опубликованные в MDPI, показывают, что газ продолжает поступать из глубин Земли. Это означает, что процесс дегазации должен поддерживаться постоянно.

Дополнительный риск связан с естественной дамбой озера. Она образована вулканическими породами и подвержена эрозии. Ее разрушение может привести к резкому сбросу воды и дополнительному выбросу газа.

Поэтому современные исследования направлены на анализ накопления газов, устойчивости стратифицированных водоемов и механизмов запуска извержений. Разрабатываются модели, позволяющие прогнозировать критические состояния системы. Также создаются системы раннего предупреждения, которые могут фиксировать изменения в составе воды, температуре и давлении.

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