В августе 1949 г. молодой геолог Вадим Колпаков во время съемочных работ в безлюдной тайге на границе Якутии и Иркутской области обнаружил необычный объект, внешне напоминающий шахтный террикон, — усеченный конус с впадиной на вершине. Он резко выделялся на фоне окружающей местности формой, «белесым» цветом и «молодостью». «Подобравшись ближе, — описывал через два года Колпаков свои впечатления в журнале «Природа», — я понял, что загадочный холм вовсе не дело рук человека. Скорее, он напоминал идеально круглую горловину вулкана высотой 70 м — примерно с 25-этажный дом... Возраст аномалии я оценил в 50—200 лет. И еще одна загадка — поднявшись на кольцевой вал кратера, я обнаружил в самом центре впадины полукруглый купол диаметром 15 м... Позднее, в разговорах с якутами-охотниками, я узнал, что это место называют «Гнездо огненного орла». Почему — неизвестно. И нигде в мире подобных аномалий больше нет». Объект назвали Патомским кратером (он известен также как Явальдинский и Джебульдинский).

Член-корреспондент АН СССР Сергей Обручев, много лет работавший на Востоке нашей страны, сделал свое заключение по поводу сообщения Колпа-кова: обнаруженный примерно в 300 км от райцентра Бодайбо кратер — постройка эруптивного (вулканического) типа, возникшая при локализованном прорыве глубинных газов на участке, ослабленном тектоническими разломами.
В 1960-х годах вопрос о происхождении кратера несколько раз обсуждали в научной литературе без особого ажиотажа, но в последние 5—7 лет выступления на эту тему стали приобретать сенсационный характер.

Изучение таежного феномена проводила большая группа геологов, геохимиков, геофизиков, астрономов и геоботаников из Института земной коры СО РАН, Института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, Института динамики геосфер РАН, Иркутского государственного технического университета, Иркутской астрономической обсерватории и Санкт-Петербургского горного университета. Ученые составили первую геологическую карту конуса, провели геохимическое и минералогическое опробование, предварительное электроразведочное профилирование, магнитометрическую, металлометрическую и гравиметрическую съемку, отобрали спилы деревьев на дендрохронологический анализ, сделали качественные фотоснимки с вертолетов и самолетов. Всего со времени открытия Колпакова к необычному природному объекту было направлено 7 экспедиций (последняя — летом 2011 г.).

 

ГИПОТЕЗЫ, ВЕРСИИ, ПРЕДПОЛОЖЕНИЯ

В научной литературе и электронном медиапро-странстве предложено более двух десятков версий происхождения кратера. Их авторов условно можно разделить на 4 категории: космо-, лито-, антропо- и криогенисты. Первые предполагают участие в формировании конуса внеземных явлений — веществ, сил, процессов, цивилизаций. Например, директор Института проблем механики РАН академик Феликс Черноусько (сотрудники его коллектива создали физическую модель кратера) считает, что воронку на вершине усеченного конуса образовал некий сверхпрочный объект, упавший с неба. Другие гипотезы возвращают нас к событиям 1908 г., когда предположительно над Сибирью пронесся крупный метеорит и упал в бассейне Нижней Тунгуски, возбудив сейсмическую волну, три раза обогнувшую нашу планету. Часть небесного тела якобы могла сформировать и Патомский кратер.

Литогенисты опираются на известные явления, происходящие в верхней части земной коры или даже в мантии. Эндогенные процессы вызывают локальный выброс горных пород под большим давлением. Это может быть разогрев ураносодержащего тела (значит, в глубине находятся крупные залежи радиоактивного вещества), катастрофический выброс метана, разложение газовых гидратов, что предполагает наличие здесь нефти или газа, формирование «молодой» алмазоносной кимберлитовой трубки (этот факт дает основание к расширению поиска алмазов под кембрийской толщей осадочных горных пород) и, наконец, миграция флюидов в поровом пространстве, по трещинам, разломам и тектонически ослабленным зонам.

 

 

Антропогенисты считают образование Патомского конуса делом рук человеческих (одни связывают феномен со взрывом подземного склада оружия, тайно устроенного после Второй мировой войны, другие — с подземными испытаниями атомной бомбы, третьи — со строительством подземного бункера или шахтными разработками).

Криогенисты объясняют происхождение кратера многолетним промерзанием верхней части земной коры, формированием подземных ледников, внезапной кристаллизацией скопления переохлажденных подземных вод. Большинство этих версий основаны на тривиальном факте увеличения объема жидкости
при ее кристаллизации; некоторые явно надуманы, не соответствуют законам физики или базируются на явлениях, до сих пор не известных ни мерзлотоведам, ни гляциологам. Во избежание недоразумений считаю необходимым рассмотреть эту проблему с позиций современной криологической науки.

 

КРИОВУЛКАНИЗМ В ПРИРОДЕ ЗЕМЛИ

Давно установлено: промерзание водонасыщенных рыхло сложенных горных пород сопровождается их площадным или локализованным пучением, при этом на поверхности часто образуются одиночные или групповые эффузивные формы рельефа — бугры, гряды, конусы. В соответствии с принципами подобия физических явлений этот процесс с полным основанием можно назвать криовулканизмом. Основными условиями для его развития являются наличие воды или увлажненной грунтовой массы и многократный переход их температуры через ноль градусов.

На Земле криовулканизм имеет разные формы организации. Микровулканизм проявляется при кристаллизации капель воды, взвешенных в свободной атмосфере или осевших на поверхности наземных и надземных предметов. Яркий пример — капли замерзающего дождя, когда из-под ледяной оболочки под большим давлением извергаются частицы воды и намерзают на поверхности ледяной сферы в виде бугорков, конусов, натечных террас. Мезовул-канизм можно наблюдать во время замерзания ручьев, луж и небольших скоплений воды в отрицательных формах рельефа земли, почвы, льда, асфальта. Макровулканизм характерен для промерзающих рек, озер, прудов, водохранилищ, мелководных лагун, каналов и других водных объектов, а также для верхней части земной коры. В процессе макровулканизма, широко распространенного в областях с суровыми климатическими условиями, образуются наледи поверхностных и подземных вод, ледяные и грунтовые бугры пучения, грязевые потоки, газовые и водяные фонтаны.

На некоторых планетах Солнечной системы возможен мега- и гигавулканизм — промерзание на поверхности небесных тел или в их недрах гигантских скоплений воды или иной жидкости. На Марсе таким образованием, видимо, является конус Нике Олимпика, обнаруженный в 1971 г. американской межпланетной станцией Маринер-9 (диаметр его основания 500 км, высота 27 км, ширина кратера 40 км). На Земле криогенный мега- и гигавулканизм может проявиться при катастрофически быстром промерзании крупных озер, морей и океанов.

 

 

 

Патомский конус, на мой взгляд, представляет собой одну из форм макровулканизма. Это типичный бугор пучения (булгуннях, пинго, гидролакколит), образовавшийся в результате промерзания водонасыщенных горных пород.
Причину локализованного воздымания грунтов в условиях промерзания открытой системы объяснил в 1927 г. один из создателей учения о вечной мерзлоте Михаил Сумгин на основании простейшего опыта с небольшим объемом кристаллизующейся воды, а в условиях промерзания закрытых структур — его ученик и последователь Валериан Петров. Последний, изучавший в 1930-х годах наледные курганы Амуро-Якутской автодорожной магистрали, первым указал на то, что рост бугров пучения происходит вследствие образования вакуума у нижней границы мерзлоты в результате подтаивания льда при повышении температуры на дневной поверхности. Причем вертикальное движение мерзлой толщи начинается с некоторым смещением во времени после нового похолодания, когда кристаллизуется прослойка воды, появившаяся вследствие ее подсоса из нижних горизонтов. В дальнейшем (1988 г.) этот механизм воспроизвел в морозильных камерах Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН доктор геолого-минералогических наук Григорий Фельдман, а в последнее время подтвердил экспериментами и математическими моделями кандидат физико-математических наук Яков Горелик (Институт криосферы Земли СО РАН).

Масштабность ежегодного формирования бугров и площадей пучения в криолитозоне поражает даже специалистов. В холодных регионах поверхность Земли зимой почти повсеместно приподнимается на 0,2—0,5 м, а летом опускается на ту же величину. На участках вблизи родников промерзающий грунт часто вспучивается, трещит, лопается, перемещается за сезон на высоту до 6 м (!). Подобные курганы нередко взрываются, и из их недр извергаются газы, мощные потоки воды и грязи.

Многолетние бугры пучения встречаются практически по всей области распространения мерзлых горных пород. Наиболее крупные из них формируются на приморских равнинах Севера. Еще в начале 1930-х годов известный геоботаник доктор биологических наук Владимир Андреев сообщал об обнаружении в тундре Западно-Сибирской равнины «бугров выпячивания» высотой от 1 до 70 м, время существования которых измеряется сотнями и тысячами лет. С точки зрения Андреева, западно-сибирские булгунняхи ничем не отличаются от якутских и образуются в результате многолетнего промерзания подозерных таликов (оттаявших участков горной породы среди мерзлых). Такой же вывод сделал в 1938 г. известный исследователь Севера ботаник Альф Ерлинг Порсилд (США), наблюдавший появление пинго на месте спущенного в 1900 г. озера в дельте канадской реки Маккензи. Бугор начал расти 30 лет спустя после осушения котловины. Его коллега Росс Маккей показал в дальнейшем, что с 1930 по 1987 г. бугор вырос на 10 м, при этом в недрах сформировалось 29700 м3 льда (что близко к объему холма).

 

 

В настоящее время криогенное происхождение одиночных курганов на приморских равнинах и в долинах горных рек криолитозоны ни у кого не вызывает сомнения. Однако остается невыясненным вопрос: могут ли подобные формы рельефа образоваться при промерзании коренных (скальных) горных пород? Попытаемся найти на него ответ.       

 

МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ФЕНОМЕНА

Верхняя часть земной коры разбита сетью многочисленных трещин, разломов, пронизана порами и каналами, закрытыми или открытыми в зависимости от глубины, степени раздробленности и состава горных пород. Обычно зона открытой трещиноватости располагается выше местного базиса эрозии. Она
интенсивно продувается переменными (восходящими или нисходящими) воздушными потоками и промывается инфильтрующимися жидкими атмосферными осадками. Трещины и поры в нижней гидродинамической зоне, как правило, заполнены водой. В случае многолетнего промерзания обе зоны заполняются льдом: в верхней — сублимационным и натечным, в нижней — массивным конжеляционным. При этом промерзшая толща превращается в относительный водоупор (монолит), образуя сложную по конфигурации систему водосодержащих таликов открытого или закрытого типа. Последние в процессе эволюции криолитозоны могут исчезать или формироваться заново, меняясь в размерах, по форме, содержанию и химическому составу воды.

Наибольшее количество полостей образуется в карстующихся карбонатных и соленосных толщах — известняках, доломитах, галогенных породах. В них в процессе осаждения и перерождения осадков формируется сложнейшая сеть каналов, пронизывающая всю толщу. В зоне распространения вечной мерзлоты полости верхней гидродинамической зоны наполняются льдом периодически, стенки их полностью или частично промерзают, растрескиваются, обрушиваются; в нижней зоне лед полностью занимает пещеры и соединяющие их ходы. В качестве примера укажем на крупнейшую в Забайкалье пещеру Хээтэй, описанную еще в 1735 г. знаменитым исследователем Сибири немецким естествоиспытателем Иоганном Гмелиным. Над ее входом возвышается холм, очень похожий на булгуннях. В периоды похолодания пещера могла наполняться водой и полностью промерзать, что, естественно, вызывало дезинтеграцию вмещающих толщ, подъем кровли раздробленных и трещиноватых пород.

Хээтэй — лишь одна из тысяч ледяных полостей, известных в Прибайкалье, Саянах, на Алтае, в Приу-ралье и других регионах криолитозоны. Чехол осадочных карбонатных пород Сибирской платформы, в центре которого расположился Патомский конус, претерпел все возможные формы спелеогенеза, а в позднем кайнозое подвергся многократному промерзанию и протаиванию. Эволюция этой части территории описана в 2011 г. известным мерзлотоведом и гидрогеологом Сергеем Фотиевым. Опираясь на полученные им данные, можно представить условия возможного формирования Патомского конуса.

К началу первой плиоценовой криогенной эпохи, длившейся всего 20 тыс. лет (-3,1—3,08 млн лет назад), терригенно-карбонатные породы мариинской свиты протерозоя, слагающие конус, уже были закарстованы и раздроблены тектоническими подвижками по долинному разлому, на котором «сидит» кратер. Промерзание осадочно-метаморфической толщи было неглубоким и вряд ли вызвало существенные преобразования водообменных каналов. Однако в последующие эпохи — во вторую плиоценовую (350 тыс. лет) и особенно в третью плиоцен-голоценовую (1,92 млн лет), в течение которых выделено свыше 20 периодов промерзания, такое же количество протаивания и отсутствия вечной мерзлоты, — произошли многократные и мощные изменения структуры гидрогеологического бассейна. В голоцене, во времена очередного глубокого похолодания (около 3500-3000 лет до н.э.), он промерз на большую глубину (предположительно, до кристаллического фундамента), а в серию дальнейших циклов потепления полностью не протаял, что привело к формированию в массиве горных пород над- и межмерзлотных долинных таликов. В последующие периоды промерзания (-300 лет до н.э., 1500 лет и 300-500 лет от Рождества Христова) водоносный талик на месте Патомского конуса промерзал периодически, возможно, не полностью. При этом происходило разламывание, дробление блоков, выдавливание льдогрунтовой брекчии и отдельных обломков — так на поверхности земли возник бугор пучения.

Нельзя исключить и взрывной процесс, единовременный или многократный, вызванный мгновенной кристаллизацией переохлажденной воды, заключенной во «внутреннем водяном ядре». После взрыва выброшенный обломочный материал претерпел долговременную криогенную обработку, вследствие чего на поверхности конуса сформировался покров рыхло сложенных курумообразных (Курум — каменистые россыпи, нагромождения острых камней, обломки скал (прим. ред.)) отложений. Наличие котловины, валов и горки на вершине бугра свидетельствует о цикличности процессов протаивания и промерзания выдавленной или выброшенной массы, что подтверждают натурные наблюдения аналогичных структур в разных регионах.

Формирование воронки, кольцевых валов и горки могло происходить также и без протаивания ядра, в процессе растягивающего движения льдогрунтовой массы, подобно тому, как движутся фронтальные уступы каменных глетчеров. Масса конуса, содержащая большое количество внутригрунтового льда, способна к пластическим деформациям (медленному течению), о чем свидетельствуют надвиги обломочного материала на растительный покров у подножия кратера, погребенные остатки деревьев и кустарников, гофрированная и ступенчатая поверхность склонов, депрессионные формы рельефа. Если скорость вертикального перемещения грунтов больше скорости растекания льдогрунтовой массы, бугор растет в высоту, принимая островершинную форму. Если же скорость выброса меньше скорости растягивающего движения, конус становится усеченным, уменьшается по высоте, при этом размеры воронки-провала увеличиваются. Предложенную схему трансформации геологического образования подтверждает, в частности, асимметрия Патомского кратера — склон его, обращенный в долину, вытянут, более пологий по сравнению с противоположным нагорным. В пользу этой идеи говорит также изменение уровня кольцевых валов на вершине.

По наблюдениям Колпакова, в 1949 г. усеченная часть конуса была строго горизонтальной. В 1961 г., согласно данным доктора геолого-минералогических наук Алексея Портнова, обследовавшего объект и опубликовавшего его схематический профиль, внешний склон был заметно ниже нагорного. По данным измерений, проведенным в 2011 г. сотрудниками Института геофизики УрО РАН Иваном Угрюмовым и Дмитрием Демежко, абсолютная высота внешней части вала оказалась на 12 м ниже противоположного края, т.е. плоскость среза конуса в настоящее время наклонена в сторону долины ручья Ексёкюлях.

Как видим, версия криогенного происхождения Патомского кратера вполне состоятельна. Она находится в соответствии не только с теоретическими представлениями о причинах и механизме криогенного движения грунтов, но и с данными экспериментальных и натурных наблюдений. Однако есть другая загадка: почему в бодайбинской тайге обнаружен лишь один конус и почему аналогичных форм рельефа нет в других регионах Сибири, на других континентах?

 

СКОЛЬКО ГИДРОЛАККОЛИТОВ НА ЗЕМЛЕ?

Мерзлотоведам хорошо известна распространенность аналогов Патомского кратера по арктическому поясу, сложенному рыхлыми четвертичными отложениями. На карте упоминавшегося Росса Маккея нанесено 2000 (!) пинго. На североамериканском побережье насчитывается около 5000 булгунняхов, примерно 25% из них — в дельте реки Маккензи. В Гренландии зафиксировано 1500 многолетних бугров пучения.

Около 200 гидролакколитов обнаружено на дне моря Бофорта. В Евразии их можно встретить не только на равнинах Севера, но и на Земле Франца-Иосифа, в Казахстане, в горах Тянь-Шаня, в Монголии, Тибете, т.е. практически везде, где залегает вечная мерзлота. В Западной Европе зафиксированы сотни разрушившихся бугров пучения типа пинго, оставшихся от периода последнего покровного оледенения.

Есть также основания полагать, что многие курганы-могильники за пределами современной области распространения многолетнемерзлых горных пород (а их, по данным археологов, тысячи) представляют собой не насыпные рукотворные, а естественные образования, приспособленные для древних захоронений и ритуальных отправлений хуннами, скифами, сарматами, саками и другими народами, жившими здесь до нашей эры. Современные степи и даже пустыни Евразийского континента в течение голоцена и значительно ранее (в период до 3 млн лет) неоднократно подвергались глубокому промерзанию, при этом в периоды потепления и последующего нового похолодания на месте спущенных или высохших термокарстовых озер возникали крупные многолетние бугры пучения. На равнинах они выглядели как округлые холмы, возраст которых измеряется сотнями и тысячами лет. С давних пор вокруг них концентрировалась жизнь.

Видимо, большинство курганов-могильников все-таки создано самой природой. Если это так, то становится очевидным, что криогенные образования рассматриваемого типа — не феномены-одиночки, а обычное явление для всех холодных регионов Евразии и Америки.

 

КОГДА ОБРАЗОВАЛСЯ ПАТОМСКИЙ КРАТЕР?

Первооткрыватель Патомского кратера Колпаков оценил возраст в 50—200 лет. Анализ спилов деревьев, произведенный в 1963 г. сотрудниками экспедиции Сибирской комиссии по метеоритам и космической пыли, указывает другие цифры: не менее 250—300 лет. По данным дендролога Виктора Воронина (2006 г.), эта цифра увеличилась на 100—150 лет. Теперь считают доказанным, что бугор возник -450—500 лет назад, причем слово «не менее» часто опускают. Так ли «молодо» природное образование?

Курган покрыт большими, хаотически сложенными обломками известняка, кристаллических сланцев и песчаников. Местами видны крупные, разноориентированные блоки, разваливающиеся «на глазах». Некоторые удаленные друг от друга обломки еще недавно составляли одно целое — их нетрудно соединить. Сведения о проходке шурфов, посредством которых можно было бы установить строение покровных отложений и состав ядра, отсутствуют. Имеется лишь одно указание на выработку глубиной 1,8 м у подножия конуса с восточной стороны. В забое выемки зафиксирована верхняя граница мерзлоты, в толще раздробленных горных пород обнаружено погибшее дерево. В выемке — обильный приток воды, что не позволило углубить шурф. Нет сведений и о попытках выяснить внутреннее строение конуса посредством бурения.

 

По наблюдениям новокузнецких исследователей Зинаиды Кротовой и Юрия Кандыбы, участвовавших в 1961 г. в экспедиции на Патомский конус, часть серповидного вала в кратере была «густо покрыта растительностью (лиственница, пихта, кустарник, лишайники). Возраст этих деревьев до 100 лет». Куда исчезла «лесная опушка» — неизвестно. На современных фотографиях видны лишь единичные стволы деревьев, а поверхность конуса выглядит как типичный курум — разновидность криогенных склоновых отложений, распространенная в гольцовом поясе гор Сибири, Чукотки, Урала и других регионов криолитозоны. Обычно нижняя часть курумов представлена постепенно измельчающимися фракциями рыхлых горных пород, вплоть до дресвы. Причем мелкозем, в том числе гумус — животворная часть почвы — выносится потоками надмерзлотных вод за пределы криогенных отложений. Весной, в период снеготаяния, курум наполняется льдом, вследствие чего происходят подвижки, вымораживание обломков, их сортировка, в итоге вся масса льдогрунта медленно сползает вниз по склону. Вот почему на поверхности курумов отсутствует растительный покров.

В естественных условиях процесс курумообразова-ния особенно активно протекает в периоды похолодания, но ярко проявляется и в современную климатическую фазу — все зависит от состава пород и гидротермических условий криогипергенеза. Определить, сколько лет курумам, на современном этапе сложно, так как они сплошным чехлом покрывают горные массивы разного состава и возраста — от архея до четвертичных вулканических формаций.

Согласно геокриологической летописи доктора геолого-минералогических наук Сергея Фотиева (Институт криосферы Земли СО РАН), курумы возникли, видимо, в течение позднего кайнозоя (3,1—0,0 млн лет назад). А это значит, что Патомский конус мог появиться в любой «момент» указанного периода и существовать многие тысячи лет. И действительно, возраст некоторых гидролакколитов на побережье Северной Америки оценивают в пределах 4—7 тыс. лет, причем период их формирования растягивался на тысячи лет. Радиоуглеродный анализ торфа, перекрывающего булгуннях высотой 17 м в долине реки Евояхи на севере Западно-Сибирской равнины, показал: бугор начал расти 5000 лет назад и продолжал увеличиваться в объеме со скоростью 2—3 см/год в течение 2500 лет. Однако для окончательного вывода о происхождении, времени формирования и развития Патомского конуса необходимы специальные мерзлотно-гидрогеологические, геотермические, геофизические и другие исследования.