Um buraco que não deveria existir
Em meados de julho de 2014, tripulações de helicóptero que sobrevoavam a parte central da península de Yamal, no norte da Rússia, avistaram um cilindro quase perfeito aberto na tundra plana, a cerca de 30 quilômetros a sudeste do campo de gás de Bovanenkovo. Pastores de renas haviam relatado uma coluna de fumaça e um clarão na mesma região meses antes. Quando uma equipe liderada por Andrei Plekhanov, do Centro de Pesquisa Científica do Ártico, em Salekhard, chegou ao local, encontrou um poço com cerca de 20 metros de diâmetro, cercado por uma muralha baixa de blocos congelados que haviam sido arremessados para fora da borda. As paredes da metade inferior eram verticais, como se tivessem sido perfuradas por uma máquina. A profundidade máxima medida em 16 de julho de 2014 foi de 52 metros, mais fundo do que um prédio de 15 andares é alto.
A cratera está localizada em 69,970965°N; 68,369575°L. Na literatura, ela recebeu vários nomes: cratera de Yamal, B1, C1 e GEC-1. No interior, instrumentos registraram concentrações de metano que chegaram a 9,6 a 9,8% do ar diretamente na cratera, contra um nível de fundo atmosférico normal de cerca de 0,0002%. Os primeiros visitantes aventaram explicações que iam do impacto de um meteorito a um míssil perdido e ao colapso de uma instalação de gás enterrada. Um porta-voz do Ministério de Emergências regional descartou a hipótese do meteorito em poucos dias.
Mais de uma década depois, o esboço geral está estabelecido. A cratera de Yamal pertence a uma classe de feições hoje chamadas de crateras de emissão de gás, ou GECs, que se formam quando o gás aprisionado sob o permafrost, ou dentro dele, acumula pressão suficiente para arremessar o solo congelado para fora de seu próprio teto. O que continua indefinido, e intensamente contestado, é o encanamento exato: de onde vem o gás, o que gera a pressão e por que esses buracos aparecem nas penínsulas de Yamal e de Gydan e em nenhum outro lugar do Ártico circumpolar. Três equipes de pesquisa publicaram respostas concorrentes, e nenhuma encerrou o caso.
Não é a mesma ferida de Batagay
A Sibéria abriga mais de um tipo de feição dramática de permafrost, e as crateras de gás são facilmente confundidas com outra. O megadeslizamento de Batagay, na Iacútia, é uma cicatriz de degelo que se alarga aos poucos à medida que o solo rico em gelo derrete e desmorona para trás, crescendo ao longo de anos e décadas até virar um anfiteatro de um quilômetro de comprimento. As crateras de emissão de gás funcionam em outro relógio e por outra força. Elas se abrem em segundos ou dias, movidas pela pressão do gás em vez do lento derretimento da superfície, e deixam um duto cilíndrico íngreme, e não uma escarpa de cabeceira em recuo. Um megadeslizamento erode. Uma cratera de gás detona.
Essa distinção importa para o que cada feição pode nos dizer. O deslizamento registra a velocidade do degelo. A cratera registra um reservatório enterrado de gás pressurizado e a resistência da tampa congelada que o continha.
A anatomia de uma cratera de emissão de gás
As crateras compartilham um ciclo de vida reconhecível, que imagens de satélite registraram em vários locais. Antes da explosão, cresce um monte na superfície, um inchaço de até cerca de 6 metros de altura e de 20 a 55 metros de largura. Na cratera de Yamal, imagens de alta resolução de 2012 e 2013 mostram um monte de cerca de 8 metros de altura no lugar onde o buraco se abriu mais tarde. Esses montes lembram os pingos, as colinas de núcleo de gelo comuns nas paisagens do Ártico, mas os precursores das GECs são empurrados para cima por fluido e gás pressurizados, e não apenas pelo crescimento de um núcleo de gelo.
Então o terreno cede. A capa se fratura, gás e detritos aceleram para fora, e blocos de solo congelado e de gelo do solo são arremessados para longe. Na cratera de Yamal, fragmentos ejetados foram encontrados espalhados até cerca de 120 metros, e o parapeito de material arremessado ao redor da borda chegava a 3,2 metros de altura. Um trabalho geoquímico de Sergey Vorobyev e colegas da Universidade Estatal de Moscou Lomonosov, com Evgeny Chuvilin, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Skolkovo, estimou que o antigo talik, o corpo de solo congelado que alimentava o sistema, somava cerca de 220.000 metros cúbicos.
O buraco não continua sendo um buraco. A água de degelo, a chuva e o sedimento que desmorona o enchem rapidamente. Yury Dvornikov e colegas acompanharam duas crateras, a GEC-1 e a AntGEC, perto do povoado de Antipayuta, em Gydan, de profundidades iniciais de 50 a 70 metros e de 15 a 19 metros até lagos de apenas 3 a 5 metros de profundidade em três anos. Em poucas estações, uma cratera recente se torna uma lagoa redonda e turva, difícil de distinguir dos lagos de degelo comuns que pontilham a tundra. Esse rápido disfarce é central para uma das questões em aberto sobre quantas dessas feições existem.
Por que só aqui
As crateras se concentram em uma das regiões mais ricas em gás da Terra. As penínsulas de Yamal e de Gydan ficam sobre a província de hidrocarbonetos da Sibéria Ocidental, que o Circum-Arctic Resource Appraisal do U.S. Geological Survey descreve como “a maior bacia petrolífera do mundo”, com “uma extensão areal de cerca de 2,2 milhões de quilômetros quadrados”. As reservas de gás avaliadas na península de Yamal e em suas áreas offshore adjacentes chegam a cerca de 26,5 trilhões de metros cúbicos. O campo de Bovanenkovo, sozinho, alimenta gasodutos-tronco com capacidade de projeto agregada de 115 bilhões de metros cúbicos de gás por ano rumo aos mercados europeus.
O permafrost aqui é contínuo e espesso, chegando a até 500 metros em alguns lugares, e atua como um selo sobre o gás abaixo. A mesma região também apresenta uma anomalia térmica notável no solo e uma rede de falhas que podem canalizar fluidos e calor para cima. A cratera de Yamal se formou em permafrost rico em gelo, com temperaturas médias anuais do solo de −1 a −5 graus Celsius e um teor de gelo total de 30 a 65% em volume.
É essa combinação que torna a localização intrigante, e não óbvia. Criopegs, gelo do solo e hidrato de metano são todos comuns no permafrost do Ártico, e ainda assim as crateras explosivas ficam confinadas a essas duas penínsulas. Qualquer modelo bem-sucedido precisa explicar não só a explosão, mas a geografia.
Três equipes, três mecanismos
A divergência é ativa e não está resolvida. Os modelos concorrentes não divergem quanto a ser a pressão do gás que impulsiona a explosão, algo que todos aceitam. Eles divergem quanto ao que enche o reservatório e gera a pressão, e quanto à profundidade em que está a resposta.
O modelo criovulcânico: pressão do congelamento
Em 2018, Sergey Buldovicz e uma equipe da Universidade Estatal de Moscou Lomonosov publicaram na Scientific Reports o primeiro mecanismo detalhado, enquadrando a cratera de Yamal como um caso de criovulcanismo, um processo antes discutido sobretudo para luas geladas como Tritão e Encélado. Segundo eles, a cratera se formou onde um lago de degelo encolheu e secou, expondo o terreno abaixo ao recongelamento. À medida que o bolsão não congelado sob o antigo lago, um talik, congelava para o interior a partir de todos os lados, o gás e o dióxido de carbono dissolvido foram espremidos em um volume cada vez menor de solo úmido. A pressão subiu até superar a resistência da capa congelada sobrejacente, e o pingo que havia crescido sobre o talik explodiu. A forma cilíndrica da cratera, argumentaram, reproduzia a forma cilíndrica do núcleo não congelado remanescente.
A geoquímica sustentava uma origem rasa e local para o gás. A assinatura isotópica de carbono do metano perto da cratera era de cerca de −76 por mil, típica de gás biogênico produzido por micróbios no solo, e não de gás termogênico profundo dos reservatórios de hidrocarbonetos. Um estudo geoquímico de 2019, de Vorobyev e colegas, reforçou isso, ao identificar o permafrost do local como os restos de um paleotalik sublacustre do qual gás e água mineralizada haviam sido expulsos.
O modelo da osmose: pressão de uma lente salgada
Em 2024, uma equipe centrada na Universidade de Cambridge propôs um mecanismo propulsor diferente. Ana Morgado, engenheira química, com Luis Rocha, Julyan Cartwright e Silvana Cardoso, publicou na Geophysical Research Letters um modelo construído em torno do criopeg, uma lente de água salgada não congelada aprisionada dentro do permafrost. Na península de Yamal, esses criopegs ficam abaixo de cerca de 50 metros de profundidade, logo acima de uma camada de hidrato de metano metaestável. São salmouras de cloreto de sódio a 7 a 150 gramas por litro, tipicamente com 0,5 a 12 metros de espessura e até 300 metros de extensão lateral.
O sal é o motor. À medida que a camada ativa superficial degela mais profundamente sob um clima em aquecimento, a água de degelo migra para baixo ao longo dos contornos de grão, puxada pelo gradiente osmótico entre a água doce da superfície e o criopeg de salmoura. O criopeg não consegue conter a água adicional, então a pressão aumenta. Por fim, o solo sobrejacente se fissura, as fissuras se propagam até a superfície e a pressão em profundidade cai de repente. Essa queda desestabiliza o hidrato de metano abaixo, que se dissocia e libera gás numa explosão física. A equipe de Morgado calcula que o acúmulo pode levar décadas, uma escala de tempo que se encaixa no início do forte aquecimento do Ártico desde a década de 1980. Morgado descreveu o cenário exigido como “muito, muito de nicho, muito preciso”.
Nem todos estão convencidos. Chuvilin chamou a hipótese de inovadora, mas questionou se a água de degelo consegue sequer chegar ao criopeg, observando que o criopeg fica longe da superfície e que a permeabilidade do solo gelado é muito baixa. Um comentário publicado separadamente argumentou que o modelo precisa levar em conta como a salinidade reduz o ponto de congelamento e a cinética da expansão do criopeg e da dissociação do hidrato.
O modelo da falha profunda: pressão e calor vindos de baixo
A contribuição mais recente veio em 2025, quando Helge Hellevang, geocientista ambiental da Universidade de Oslo, com Mats Ippach, Sebastian Westermann e Mohammad Nooraiepour, publicou na Science of the Total Environment. O modelo deles empurra a fonte para mais fundo. Falhas condutoras discretas, argumentam, trazem gás natural e calor da província de hidrocarbonetos da Sibéria Ocidental até a base do permafrost, onde o calor deforma e derrete a base congelada por baixo e o gás se acumula em armadilhas em domo. O aquecimento climático afina o permafrost por cima ao mesmo tempo. Onde o selo fica fino o bastante, o gás aprisionado o estoura.
A alegação central de Hellevang é que o permafrost, por si só, não contém metano suficiente para gerar explosões do tamanho observado, de modo que o gás deve vir das reservas profundas. O modelo foi construído para responder diretamente à questão da geografia. Hellevang disse à New Scientist que as mudanças climáticas “provavelmente são o fator desencadeante, mas isso acontece ali porque há o afinamento do permafrost causado pelo gás”. Sua equipe conclui que o calor e o gás profundos, focalizados, vindos de baixo do permafrost são o fator-chave, com o aquecimento atmosférico atuando apenas como gatilho indireto. O trabalho foi postado pela primeira vez como preprint no EarthArXiv e é apresentado por seus autores como um modelo conceitual que aguarda trabalho de campo e simulação.
O que a física permite
Um resultado quantitativo atravessa o debate. Lauren Schurmeier, geofísica da Universidade do Havaí em Mānoa, com Gwendolyn Brouwer e Sarah Fagents, testou em 2024 se a pressão do gás sozinha poderia lançar os blocos da cratera de Yamal até onde eles caíram. Modelando a explosão em etapas, a equipe constatou que a pressão de gás necessária para lançar os blocos observados, de 0,6 a 2,6 megapascais, ficava dentro “da faixa da soma da resistência à tração do gelo/permafrost com a pressão litostática (0,22–2,87 MPa)”. A conclusão foi direta: “o mecanismo de formação desta GEC não exige a pressão do congelamento do gelo em subsuperfície para fraturar e explodir o permafrost sobrejacente — a pressão do gás sozinha pode produzir essas GECs”.
Esse valor se alinha com as estimativas de campo. Vasily Bogoyavlensky, do Instituto de Pesquisa de Petróleo e Gás da Academia Russa de Ciências, que examinou várias crateras, afirmou que as explosões ocorrem quando a pressão no solo chega a cerca de 12 atmosferas, o equivalente a aproximadamente 1,2 megapascal, perto do meio da faixa modelada por Schurmeier.
O resultado de Schurmeier estreita o campo sem escolher um vencedor. Ele mostra que a pressão causada pelo congelamento, central para o modelo criovulcânico, não é estritamente necessária para a explosão. Ele não resolve, por si só, se o gás é raso e biogênico ou profundo e termogênico, que é o cerne da divergência restante.
A cratera de Erkuta e o argumento a favor de “ambos”
Uma segunda cratera bem estudada complica qualquer divisão limpa entre gás raso e profundo. Em junho de 2017, biólogos que acompanhavam ninhos de falcões no vale do rio Erkuta–Yakha, no sul de Yamal, encontraram uma cratera recente no que dois anos antes era uma planície de inundação plana. A mesma equipe tinha visto o solo se erguer e rachar no local em julho de 2016, um ano antes de o buraco se abrir. A equipe da Skoltech, de Chuvilin, chegou até ela em dezembro de 2017, durante seu primeiro ano, antes de ela se encher de água. A cratera era cilíndrica, com 10 a 12 metros de diâmetro, e havia se formado no inverno de 2016–2017.
A química apontava para dois lados ao mesmo tempo. O valor isotópico de carbono do metano no gelo do solo, cerca de −72 por mil, era característico de gás biogênico, mas a razão entre o metano e seus parentes mais pesados, o etano e o propano, indicava um componente que havia migrado para cima a partir de uma fonte termogênica mais profunda. O modelo de formação da equipe combinava a história rasa e a profunda: um lago em ferradura evoluindo para um talik fechado em congelamento na superfície, alimentado por uma migração profunda de gás vinda de baixo. A cratera de Erkuta sugere que os mecanismos podem não ser mutuamente excludentes, e que crateras diferentes podem estar em pontos diferentes de um espectro que vai da origem rasa à profunda.
Quantas existem
A contagem é incerta, e os números publicados não concordam. Scott Zolkos e colegas, em um estudo de 2021, vasculharam 327.000 quilômetros quadrados da região Yamal-Gydan com um algoritmo semiautomático de detecção de mudanças. Segundo eles, o “algoritmo detectou todas as sete GECs relatadas na literatura científica e três novas feições semelhantes a GECs, e revelou ainda que os deslizamentos de degelo regressivos eram mais abundantes que as GECs”. Apenas sete, em outras palavras, tinham aparecido na literatura revisada por pares até aquele momento.
Pesquisadores russos de campo citaram contagens mais altas. Reportagens regionais em 2020 descreveram um buraco recém-encontrado como a 17ª cratera conhecida desde 2014, e pesquisadores da Skoltech se referiram a cerca de 20 crateras conhecidas e estudadas. A cratera de 2020 catalogada como C17, encontrada em 16 de julho de 2020 perto de um agrupamento de crateras anteriores, tinha cerca de 25 metros de diâmetro e de 30 a 34 metros de profundidade, e Bogoyavlensky a associou a uma falha profunda e a um fluxo de calor terrestre anômalo.
A diferença entre sete na literatura e 17 a 20 citadas em campo reflete a rapidez com que as crateras desaparecem. Como uma cratera se torna um lago em poucos anos, é provável que um número desconhecido delas tenha se formado, se enchido e acabado catalogado como lagos de degelo comuns. A equipe de Hellevang levantou a possibilidade de que as GECs sejam mais comuns do que se reconhece e possam estar escondidas entre os incontáveis lagos da região. É provável que haja mais ainda por descobrir, e mais ainda que estarão indetectáveis quando alguém for procurar.
O que está em jogo para o clima
As crateras são um perigo em duas escalas. Localmente, uma explosão que arremessa blocos congelados por mais de 100 metros ameaça os campos de gás, os dutos e os povoados concentrados na região. A cratera de Seyakha, de junho de 2017, formou-se em um canal de rio com autoignição e uma explosão que lançou detritos por centenas de metros, e a cratera de Yamal de 2014 se abriu a poucos quilômetros de grande infraestrutura.
Globalmente, a questão é o metano. Como o Jet Propulsion Laboratory da NASA resume o trabalho de Miner e colegas, “somente o permafrost do Ártico guarda cerca de 1.700 bilhões de toneladas métricas de carbono”, aproximadamente 51 vezes o carbono liberado em todo o mundo como emissões de combustíveis fósseis em 2019, e o metano é um gás de efeito estufa muito mais potente que o dióxido de carbono nas décadas após sua liberação. Se o modelo da falha profunda estiver certo, as crateras podem estar acessando reservas de gás que os orçamentos padrão de carbono do permafrost não contabilizam, somando uma fonte não contabilizada às emissões do próprio solo em degelo. Hellevang advertiu contra exagerar o efeito, observando que poucas erupções foram observadas e que o total de metano que escapa por elas ainda não é bem delimitado. A equipe de Morgado observou que o fenômeno pode ser infrequente e ainda assim importar, porque cada evento pode liberar um grande pulso de metano.
O debate sobre o mecanismo, portanto, não é meramente acadêmico. Uma fonte rasa e biogênica implica um orçamento de metano. Uma fonte profunda e termogênica canalizada por falhas implica outro, maior e menos previsível. O tamanho da retroalimentação climática depende de qual modelo, ou de qual combinação de modelos, acabar descrevendo o solo. A mesma lógica de gás e calor vindos de baixo molda outras paisagens extremas, como a depressão de Danakil, onde a fonte é magmática, e não congelada.
O que continua desconhecido
Nenhuma equipe viu uma cratera gigante de emissão de gás se formar. Os montes precursores crescem ao longo de um a vários anos e as explosões não têm testemunhas, sendo reconstruídas depois do fato a partir de imagens de satélite e do testemunho de pastores que ouviram um barulho ou viram fumaça. A geometria da cavidade interna, a espessura exata da capa no momento da ruptura e o volume de gás liberado continuam modelados, e não medidos. A questão mais profunda, por que essas penínsulas e nenhum outro trecho de permafrost do Ártico, é aquela que o modelo mais recente foi construído para responder e aquela que o trabalho de campo ainda não confirmou.
A própria cratera de Yamal é hoje um lago, com seu poço de 52 metros afogado e tornado raso poucos anos depois do dia em que uma tripulação de helicóptero olhou para dentro dele pela primeira vez. Em algum lugar da mesma tundra, pela lógica de todos os modelos sobre a mesa, o solo já está inchando sobre a próxima.
Perguntas frequentes
O que causa as crateras explosivas da Sibéria?
O gás, principalmente metano, se acumula sob o permafrost ou dentro dele até que a pressão supere a resistência da capa congelada, que então estoura, lançando blocos congelados pela tundra e deixando um buraco cilíndrico íngreme. Os pesquisadores concordam que a pressão do gás impulsiona a explosão, mas discordam quanto à fonte do gás: pressão gerada pelo congelamento, osmose em um criopeg salgado, ou gás e calor profundos subindo ao longo de falhas.
Qual é a profundidade da cratera de Yamal?
A primeira cratera de Yamal, designada B1, C1 ou GEC-1, tinha cerca de 20 metros de diâmetro, com uma profundidade máxima medida de 52 metros em 16 de julho de 2014, mais profunda do que a altura de um prédio de 15 andares. Ela fica em 69,970965°N; 68,369575°L, a cerca de 30 quilômetros a sudeste do campo de gás de Bovanenkovo. Em poucos anos, encheu-se de água e foi ficando rasa até virar um lago, como essas crateras sempre fazem.
Quando foi descoberta a primeira cratera de emissão de gás da Sibéria?
Tripulações de helicóptero avistaram a cratera de Yamal em meados de julho de 2014, e uma equipe liderada por Andrei Plekhanov chegou a ela naquele mês. Imagens de satélite mostraram depois que o monte precursor existia ali em 2012 e 2013, e a explosão provavelmente ocorreu em 2013. Pastores de renas haviam relatado um clarão e fumaça na região mais ampla no outono anterior.
As crateras são causadas pelas mudanças climáticas?
O aquecimento é amplamente tratado como um gatilho, e não como a história toda. Temperaturas do ar mais altas degelam e enfraquecem a capa de permafrost, o que ajuda o gás a romper. Mas todo modelo também exige a geologia específica da região, incluindo solo rico em gás, permafrost contínuo e espesso e criopegs ou falhas profundas, e é por isso que as crateras aparecem nas penínsulas de Yamal e de Gydan e não no resto do Ártico.
Quantas crateras de emissão de gás existem na Sibéria?
A contagem é incerta. Um estudo de satélite de 2021, de Zolkos e colegas, encontrou apenas sete GECs relatadas na literatura revisada por pares, além de três feições semelhantes a GECs. Pesquisadores russos de campo citaram cerca de 17 a 20 crateras conhecidas. Como cada cratera se enche de água e passa a se parecer com um lago de degelo comum em poucos anos, é provável que muitas tenham se formado sem ser contadas.
A cratera de Yamal é a mesma coisa que o megadeslizamento de Batagay?
Não. O megadeslizamento de Batagay é um deslizamento de degelo regressivo que se alarga aos poucos ao longo de anos e décadas, à medida que o solo rico em gelo derrete e escorrega para trás. Uma cratera de emissão de gás se abre em segundos ou dias sob a pressão do gás, deixando um duto cilíndrico íngreme em vez de uma escarpa de cabeceira em recuo. O deslizamento é um colapso lento; a cratera é uma explosão.
As crateras poderiam liberar quantidades perigosas de metano?
Localmente, as explosões ameaçam a infraestrutura de gás e os povoados ao arremessar blocos congelados por mais de 100 metros. Globalmente, o permafrost do Ártico guarda cerca de 1.700 bilhões de toneladas métricas de carbono e, se as crateras acessarem reservas profundas de gás, podem adicionar metano que os orçamentos padrão deixam de contabilizar. Os pesquisadores alertam que poucas erupções foram observadas e que o total de metano liberado ainda não é bem delimitado.
