俄罗斯末日天坑。2020年8月，一个电视摄制组和俄罗斯科学院的一组科学家乘直升机在亚马尔半岛考察时，发现了一个圆形坑洞。
这不是第一次发现这样的坑洞，2014年7月，一名直升机驾驶员在飞过亚马尔半岛时也发现了一个巨大的圆坑，据他介绍，这个大坑的直径约80米，可以轻松容下几架直升机。
后来，科学家前往实地调查发现，这个巨坑其实直径只有30米，但深度达到70米。几天后，俄罗斯的牧民又发现了两个大坑，虽然规模比之前的巨坑要小很多，但形状极其相似。
到目前为止亚马尔半岛和吉丹半岛已经发现的巨大深坑总数达到了17个。
不明真相的人们把它们称为“末日天坑”，这个奇怪的现象到底是怎么发生的？神秘巨坑到底是人为还是天象？
2020年8月俄罗斯发现的“末日天坑”图源：www.ufo110.net
祸首竟然是甲烷爆炸！
2014年出现的圆坑呈漏斗状，口大底小，洞口边缘呈黑色，像是被剧烈燃烧之后造成的。俄罗斯的地质学家进行调查后发现，它附近的大气中，甲烷含量远远高于普通空气中的含量，达到了9.6%。
而2017年俄罗斯贝利岛地下被发现的7000个大气泡，也都是地下释放出来的甲烷和二氧化碳气体造成的。
“末日天坑”洞口边缘图源：网易博客
由此可知，所谓的“末日天坑”是由于地下气体集聚，导致压力过大，从而发生了由内而外的爆炸性喷涌。值得注意的是，俄罗斯境内分布着大片厚厚的永久冻土层，冻土层中的水是以冰的形式存在的，冰层内蕴含着大量的天然气水合物。这种地下天然气向外排放的现象不断出现，说明这里的冻土层开始部分融化。
甲烷究竟来自哪里？
甲烷是最简单的有机物，无色，无味，可燃，天然气的主要成分就是它。虽然甲烷在如今的大气圈中所占的含量很低，但在地球诞生初期的原始大气圈中，占据绝对优势。
自然界中的甲烷主要是由产甲烷菌制造。产甲烷菌是一类厌氧古细菌，大约有200种左右，广泛分布于冰川、冻土、湿地、沼泽、湖泊、苔原等各种厌氧环境中。产甲烷菌不能利用复杂的有机物作为能量来源，只能利用氢气、二氧化碳等简单物质维持生命活动。经过复杂的代谢过程，形成的唯一产物就是甲烷气体。
甲烷分子示意图图源：维基百科
1. 油气田是甲烷的主要源地
无论是独立形成的气田，还是油田伴生气，其主要组分都是烃类气体，即各种碳氢化合物，以甲烷为主，还有少量的乙烷、丙烷等气体。
2. 煤矿中瓦斯（煤层气）的主要成分是甲烷
瓦斯是在煤的生成和煤的变质过程中伴生的气体，瓦斯中的甲烷气体也是煤矿开发利用的重要资源。
3.海洋是储存甲烷的重要场所
1934年，前苏联西伯利亚的一些天然气管道出现了故障，工程师在检修时发现，管道是被一些冰块堵住了。当他们把冰块取出来时发现融化时冰块竟然冒气泡，更不可思议的是，这些气泡还能被点燃。于是，大家称呼这种奇怪的冰块为“可燃冰”。在可燃冰的分子结构中，有大量的甲烷分子被牢牢地锁住，如果将其放在常温常压下，1立方米的可燃冰可以释放出164立方米的甲烷气体和0.8立方米的水。除了可燃冰之外，海底还存在着直接以气泡形式释放甲烷的现象。
4.湖泊可能释放甲烷气体
2009年4月，国际空间站宇航员从天空中俯瞰地球时，发现俄罗斯的贝加尔湖冰面上出现了两个巨大的黑色圆圈，直径超过4.4千米（每年这个黑色圆圈位置都会有所变化，通过卫星才能发现这微小的变化）。相关的测量数据表明，黑色圆圈中心区域的水温要比湖周围其他区域高约0.5℃，圆形结构边缘区域的冰层厚度比贝加尔湖上冬季冰层的平均厚度要小一些。由此专家推断，黑色圆圈是从湖底升腾而起的甲烷气体带动温暖的湖水产生漩涡造成的。
贝加尔湖上的神秘冰圈图源：http://www.uux.cn
5.冻土中蕴藏着大量甲烷
冻土泛指温度保持在零摄氏度以下的、含冰的土壤或岩层，冻土层中蕴藏着丰富的碳元素。2008年，科学家在美国的阿拉斯加和加拿大的北极圈地区选取了139个试验点，测量了这些地点冻土地下一米深处土壤中的碳含量。结果显示，每平方米的土壤中平均含有35公斤的碳。据此推算，整个北美大陆北极圈地区的碳含量达到980亿吨，这些冻土中的碳元素都以有机物和甲烷的形式存在。
冻土滑坡图源：sohu
6.火山会喷发甲烷
2018年5月，夏威夷基拉韦厄火山爆发，人们观察到了一种奇怪的现象——熔岩裂缝中不断出现蓝色的火焰。这些蓝色火焰是火山喷发的甲烷气体燃烧所导致的。如果甲烷被“困”在熔岩中，还会引发爆炸。地球上还有一种特殊的火山，它喷发出来的并不是高温炽热的岩浆，而是由黏土、岩屑等混合成的泥浆，所以被称为“泥火山”。泥火山在喷溢过程中，有时候也会释放大量气体，气体成分与油气田排放的天然气相似，甲烷含量可超过75%。
7.地下水及温泉可能携带甲烷
在我国台湾省关子岭北麓有一个著名的水火泉，汩汩的泉水上火苗若隐若现，好像是水在燃烧一样。地质学家研究发现，水火泉地下蕴藏着油气资源，当泉水从基岩裂隙中涌出时，天然气也随之一同喷出，一旦被点燃就能持续燃烧。
8.牛、羊等牲畜产甲烷的能力不容忽视
牛、羊等反刍动物瘤胃（其中一个胃）中的产甲烷菌在分解草料时会产生甲烷气体，然后通过打嗝和放屁的方式排放出来。研究数据显示，这些牲畜所释放的甲烷气体总量约占全球总排放量的五分之一。
澳大利亚绵羊呼出甲烷产量测试图源：维基百科
甲烷释放有哪些后果？
甲烷气体突然释放，可能会给人类造成灾难事故。最典型的就是煤矿瓦斯爆炸和瓦斯突出（指在压力作用下，瓦斯由煤的体内突然向外大量喷出的现象）。由于甲烷具有可燃性，当空气中瓦斯含量为5%～16% 时，遇火会引起爆炸。煤层中的瓦斯骤然释放，虽不一定会发生爆炸事故，但会使人窒息。威胁矿工生命安全。
甲烷是温室气体，大量泄漏至大气中将会加速全球变暖，从而使冻土融化加速，破坏地质结构。我们都知道，水变成冰时体积会增大约9%。当岩石裂隙中含有水分时，水结冰会将岩石中的裂隙撑大，当气温回升以后，融水下渗继续充满裂隙，再次结冰就会再次撑开裂隙，如此往复便会造成岩石崩解破碎，加速地质灾害的发育过程。
位于西伯利亚的冻土滑坡图源：sohu
反过来，冻土融化释放甲烷气体，将进一步加剧全球变暖。2008年的一项研究表明，俄罗斯西伯利亚北极地区的多年冻土区泄漏的甲烷高达数百万吨，一些地区的甲烷浓度高达正常值的100倍以上。科学家通过地面和空中观测已经发现了超过15万个甲烷泄漏点。全球变暖与冻土融化互为因果，恶性循环，将对地球环境造成严重威胁。
参考文献：
[1]地球科学大辞典编辑委员会，(专家委员会主任程裕琪、王鸿祯) ，黄宗理，张良弼主编.地球科学大辞典(基础学科卷)[M].北京:地质出版社，2006，01.
[2]郭红光.生物成因煤层气相关微生物多样性研究[M].北京:煤炭工业出版社，2015.01
[3]杨鹏，何剑锋，张芳等.极地产甲烷菌研究进展[J]. 极地研究，2016，28（1）：145-151.
[4]北极圈冻土碳含量远超预计[N]，科技日报，2008.08.28.
[5]夏威夷火山喷发产生甲烷气体 引燃冒出蓝色火焰[N]，中国新闻网，2018.05.24.
[6]喂食鱼油可减少奶牛排放甲烷[N]，科技日报，2009，04，03.
[7]https://encyclopedia.thefreedictionary.com/Methane
本文作者：马志飞，系地质勘探高级工程师，科普作家，著有《石头记》等。
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