Океанология, 2023, T. 63, № 3, стр. 492-495

Процессы осадконакопления и преобразования органического вещества (ОВ) в Арктике тесно связаны с изменением климата на Земле и с формированием полезных ископаемых [4]. Важная особенность Карского моря – это скопление крупных залежей УВ в его южной части [2] и огромный речной сток, содержащий метан в составе растворенных газов [3]. В морских нефтегазоносных провинциях шельфа наблюдается активная дегазация недр – высота “газовых труб” достигает нескольких километров [6]. На суше такие явления пока не отмечены. Флюиды УВ мигрируют к поверхности морского дна в течение длительных периодов геологического времени, но потоки этих флюидов остаются недооцененными в балансовых расчетах потоков парниковых газов [10]. Среди парниковых газов наибольший вклад в тепловой баланс Земли вносят диоксид углерода и метан. Выявление причинно-следственных связей изменения климата и возрастания антропогенной нагрузки на морские акватории Крайнего Севера России должно быть реализовано при междисциплинарных исследованиях не только на шельфе, но и на прилегающей суше. Ранее эксперимент по измерению состава тропосферы в Российском секторе Арктики с борта самолета-лаборатории был выполнен в сентябре 2020 г. [8], но он не сопровождался морскими исследованиями.

89-й рейс (1-й этап) НИС “Академик Мстислав Келдыш” во взаимодействии с самолетом-лабораторией Ту-134 “Оптик” выполнялся в пределах Южно-Карского осадочного бассейна с 5 по 18 сентября 2022 г. с попутными работами в юго-восточной части Баренцева моря по маршруту следования судна в порт г. Мурманск (рисунок 1). Проведено сопряженное изучение условий и процессов современного и древнего осадкообразования в южной части Карского моря с оценкой потоков вещества, парниковых газов и загрязнений. Научный коллектив, объединенный общей задачей на борту судна, включал 60 специалистов из 9 институтов РАН и вузов: ИО РАН, ИОА СО РАН, ГЕОХИ РАН, ФИЦ Биотехнологии РАН, МФТИ, МГУ имени М.В. Ломоносова, ФИЦ МГИ РАН, ФИЦ ИнБЮМ РАН и СПбГУ.

Рис. 1.

Карта морских экспедиционных исследований в южной части Карского моря, 08–15 сентября 2022 г.: 1 – комплексные станции (комплекс оптических, гидрооптических, гидрологических, гидрохимических, гидробиологических, микробиологических, седиментологических измерений и литолого-геохимических работ по отбору верхнего ненарушенного слоя осадков с помощью мультикорера); 2 – комплексные станции с постановкой и подъемом автоматических глубоководных седиментационных обсерваторий; 3 – буйковая станция с инклинометрическими измерителями; 4 – комплексные станции с отбором длинных колонок осадков с помощью ударной геологической трубки большого диаметра; 5 – полигоны непосредственных подсамолетных измерений с траекторией полета Ту-134 “Оптик”; 6 – маршрут судна с непрерывными попутными измерениями (газохимическими, оптическими и гидрооптическими); 7 – “газовые факелы” по данным эхолотного профилирования; 8 – Ленинградское газоконденсатное месторождение. Батиметрическая основа моря заимствована из работы [5]. На врезке внизу показан весь маршрут судна; на врезке вверху – фото синхронных работ с борта НИС “Академик Мстислав Келдыш” и самолета-лаборатории Ту-134 “Оптик”.

Климатический эксперимент представлял собой комплекс измерений in situ в водной толще и приводном слое атмосферы непрерывно по всему маршруту судна (2275.4 морских миль) и работы на 44-х океанологических станциях с привлечением самолета-лаборатории и спутниковой информации о биооптических характеристиках поверхностного слоя морской воды. Непосредственные полеты самолета над судном на высоте ~90–200 м от поверхности моря состоялись 9 и 10 сентября 2022 г. для валидации авиационных алгоритмов расчета характеристик подстилающей поверхности (взвеси, хлорофилла, растворенного ОВ и др.) и измерения состава воздуха и аэрозолей в атмосфере и тропосфере над морем.

Выполнен комплекс гидрооптических измерений и непрерывное лидарное зондирование верхнего слоя воды. Впервые получены данные о концентрациях метана в системе тропосфера–приводный слой атмосферы–водная толща–донные отложения с единовременной оценкой его потоков из Васюганских болот, термокарстовых озер и других ландшафтов Западной Сибири. Изучены скорости микробных процессов цикла углерода и серы в воде и осадках, а также филогенетический состав микробных сообществ осадков. Выполнены изотопно-геохимические исследования УВ газов в осадках для восстановления природы глубинных газовых флюидов. Изучена роль природных источников в эмиссии метана на шельфе: микропросачивание (диффузная дегазация осадочной толщи над нефтегазовыми бассейнами), струйно-пузырьковые выходы метансодержащих растворов и газов на дне (холодные метановые сипы) и деградация субаквальных многолетнемерзлых пород (ММП), начавшаяся в этом регионе ~18 тыс. лет назад [7].

На Приямальском шельфе глубиной 13–32 м повсеместно обнаружены признаки слабой, но устойчивой диффузии метана из осадков. Реликтовые ММП, сохранившиеся на прибрежных участках шельфа, нестабильны, деградируют и не выполняют роль газонепроницаемого слоя [1, 9]. Повышенные концентрации метана (до 2.09 ppm) в приводной атмосфере фиксировались локально: над участком дна ~2 км протяженностью, где в водной толще зарегистрированы акустические аномалии – “газовые факелы”. При этом в тропосфере над шельфом Западного Ямала концентрации метана не превышали фоновых значений (≤1.98 ppm).

Выполнены исследования седиментационной системы южной части Карского моря: атмосферные аэрозоли–водная взвесь–наилок–донные осадки, включая изучение гидрохимических и гидрологических условий. Изучены потоки осадочного вещества с помощью 2-х автоматических глубоководных седиментационных обсерваторий на Приямальском шельфе. Исследован состав УВ в осадках, взвеси и микрослое на границе морская вода–атмосфера. Опробовано осадочное тело на Западно-Карской ступени, содержащее разуплотненные газонасыщенные горизонты в основании вскрытой 6-метровой толщи. Отобраны газонасыщенные илы и алевриты Байдарацкой губы и Приямальского шельфа. Исследование микрофоссилий в осадках наряду с изучением литологических и изотопно-геохимических маркеров палеосреды позволяет реконструировать палеоклимат для моделирования климатических изменений в настоящем и будущем.

Таким образом, впервые в рамках проекта Минобрнауки РФ на проведение масштабных научных проектов мирового уровня с использованием УНУ реализован климатический эксперимент по изучению изменения состава воздуха и характеристик подстилающей поверхности в Российском секторе Арктики и Сибири с синхронными исследованиями с научно-исследовательского судна и с борта самолета-лаборатории.

Благодарности. Авторы благодарят чл.-корр. РАН А.В. Сокова и академика М.В. Флинта за всемерную поддержку в реализации климатического эксперимента, А.И. Скорохода за помощь в организации газохимических измерений в атмосфере, капитана Ю.Н. Горбача и экипаж НИС “Академик Мстислав Келдыш”, а также всех членов экспедиции за помощь и активное участие в проведении исследований.

Источники финансирования. Рейс организован ИО РАН при поддержке госбюджета – целевое финансирование морских экспедиций Минобрнауки РФ. Работы выполнялись в рамках проекта Минобрнауки РФ “Исследование антропогенных и естественных факторов… с использованием УНУ “Самолет-лаборатория Ту-134 “Оптик”” (соглашение № 075-15-2021-934 от 28.09.2021 г.). Исследования частично проводились в рамках госзадания, тема № FMWE-2021-0006.