Oceanological studies in the northwest Pacific, Japan and Okhotsk seas in the 73th cruise of the RV Professor Gagarinskiy and 53th cruise of the RV Academic Oparin

Full Text

С 7 июня по 3 июля и со 2 августа по 14 сентября 2017 г. Тихоокеанским океанологическим институтом им. В. И. Ильичева ДВО РАН были проведены экспедиции на НИС “Профессор Гагаринский” (рейс № 73) и НИС “Академик Опарин” (рейс № 53). Основными задачами экспедиций являлось выполнение гидролого-гидрохимических съемкок на полигонах, отбор проб донных осадков, детальные съемки рельефа морского дна с использованием многолучевого эхолота, высокоразрешающие сейсмоакустическое профилирование верхней части осадочного чехла, измерения магнитного поля, отбор проб планктона и реализация программы “Тихоокеанский плавучий университет” по обучению и стажировке студентов.

За время экспедиций выполнен значительный объем работ: получено 3700 миль магнитной съемки, 280 миль высокоразрешающих сейсмоакустических профилей с профилографом GeoPulse Subbott om Profilier, 2240 миль сейсмоакустических профилей, 1450 миль профилей c многолучевым эхолотом SeaBeam3050. Выполнено 148 гидрологических станций с CTD-зондированием и определением температуры, солености, содержания кислорода, хлорофилла-а и мутности. На 61 станции кроме регистрации параметров водной толщи производился отбор проб воды с различных горизонтов для гидрохимического анализа. Выполнено определение кислорода, рН, щелочности, биогенных элементов, хлорофилла-а и феофитина, гумусового вещества. Были выполнены расчеты pH_{in situ}, DIC (растворенный неорганический углерод), pCO₂ (парциальное давление углекислого газа), степень насыщенности вод кальцитом (L_c). Отобраны пробы донных осадков на 12 станциях, драгами подняты образцы коренных пород на 2 станциях. Отбор проб зоопланктона произведен на 32 станциях. Подняты три автономные донные буйковые станции (АБС), установленные на шельфе, континентальном склоне и у его подножия в заливе Петра Великого. На северо-восточном шельфе о. Сахалин для считывания информации были подняты 2 долговременные АБС и поставлены обратно для продолжения наблюдений (рис. 1).

 

Рис. 1. Карта районов морских научных исследований и маршрут движения судна в 73-м рейсе НИС “Профессор Гагаринский” и 53-м рейсе НИС “Академик Опарин”. 1 — маршрут движения судов; 2 — профили съемки с многолучевым эхолотом; 3 — профили НСП и магнитной съемки; 4 — местоположение гидрологических станций; 5 — местоположение полигонов детальных работ (1 — полигон высокоразрешающих сейсмоакустических исследований с профилографом; 2 — полигон, на котором был произведен подъем трех АБС; 3 — полигон отбора проб донных осадков, CTD-зондирования и профилактических работ на двух АБС); 6 — местоположение газового “факела” в водной толще впадины ТИНРО, обнаруженного в 53-м рейсе НИС “Академик Опарин”.

 

По результатам съемки многолучевым эхолотом и непрерывного сейсмоакустического профилирования (НСП) на восточном склоне о. Сахалин выделено новое поле покмарков (газовых кратеров). Размер кратеров может достигать 500 м, а глубина воронки — до 120 м. При этом покмарки были обнаружены на значительных глубинах — от 650 м до 1000 м.

Исследование северо-восточной части впадины ТИНРО показало, что дно материкового склона западной Камчатки здесь осложнено многочисленными узкими эрозионными долинами, ориентированными диагонально к простиранию склона (рис. 2а). В направлении от дна впадины вверх по склону долины делятся на несколько более мелких. На грядах между долинами имеются локальные замкнутые отрезки палеодолин. Это указывает на достаточно быстрый процесс развития и отмирания отдельных долин, что может объясняться активно изменяющимися гидрологическими условиями.

 

Рис. 2. (а) — Рельеф дна северо-восточной части впадины ТИНРО, иллюстрирующий влияние придонных течений на глубоководное осадконакопление и формирование современного рельефа дна; (б) — эпизоды каскадинга, зарегистрированные на склоне залива Петра Великого в Японском море в феврале-марте 2017 г., показан временной интервал от 22.12.2016 г. до 31.05.2017 г.; (в) — распределения температуры и солености на разрезе через вихрь Камчатского течения.

 

Другим важным результатом экспедиции является обнаружение многочисленных акустических аномалий, связанных с присутствием газа в осадочных отложениях и множества покмарков, а также газового “факела” в водной толще во впадине ТИНРО (рис. 1). Глубина дна в районе “факела” составляла около 580 м, а его высота достигала 400 м. В этой части Охотского моря он обнаружен впервые.

Поднятые АБС в заливе Петра Великого позволили продолжить исследования склоновой конвекции (каскадинга) и вентиляции глубинных вод Японского моря. Результаты регистрации изменчивости параметров воды в придонном слое впервые показали существование частых эпизодов каскадинга, вентилирующего глубинные воды Японского моря (рис. 2б). Установлено, что в период со второй половины февраля по первую половину марта склоновая конвекция проникает до глубины 1166 м, а ее влияние, по-видимому, распространяется до придонных вод у подножия склона (2940 м). Более того, сигналы от воздействий на океанографические параметры придонных вод у кромки шельфа залива распространяются по всей толще в окрестностях зоны конвекции в течение всего зимне-весеннего периода.

При исследовании механизма формирования вертикальной структуры поля растворенного кислорода в рейсе № 53-го НИС “Академик Опарин” в южной части Татарского пролива обнаружено отсутствие характерной структурной особенности толщи вод — слоя глубинного кислородного максимума, наблюдаемого ранее в этом районе в летний период [3], что может свидетельствовать об ослаблении вентиляции глубинных вод северной части Японского моря в настоящее время. На западном склоне Татарского пролива на разрезе по 46° с. ш. выявлена придонная область с наименьшей на разрезе концентрацией кислорода — 202.8 мкмоль/кг, которая находится на том же месте и имеет тот уровень содержания кислорода, что и в экспедициях ТОИ ДВО РАН в 1999–2009 гг. [3], а также совпадает с расположением придонной аномалии мутности с максимумом 0.28 FTU на 1104 м.

В распределении мутности у дна в Татарском проливе можно отметить совпадение ее повышенных значений с областями минимума кислорода. Так, на разрезе по 46° с. ш. ее более высокий уровень отмечается на западном склоне пролива, примерно в 3 раз выше, чем на восточном. На глубоких станциях мутность ниже, чем на склонах. Севернее, на разрезе по 48° с. ш., в отличие от распределения на разрезе по 46° с. ш., максимальная мутность у дна выше (до 1.0–2.4 FTU) и наблюдается на максимальных глубинах в осевой области подводной долины. Здесь же зарегистрированы минимальные у дна концентрации кислорода — 198–200 мкмоль/кг. Обнаружена существенная замутненность всей водной толщи на разрезе по 48° c. ш. по сравнению с разрезом по 46° с. ш. от Приморья до о. Сахалин. При этом минимальные значения мутности здесь (0.04 FTU) почти в два раза превосходят минимальные значения на разрезе по 46° с. ш. (0.018 FTU).

Важным результатом работ в шельфово-склоновой области восточного Сахалина было обнаружение проявления летней склоновой конвекции с образованием интрузий в промежуточных слоях, в также глубинного и шельфового апвеллингов с выходом трансформированных вод зимнего происхождения на поверхность в средней части побережья.

Во впадине ТИНРО в северо-восточной части Охотского моря выявлена циклоническая циркуляция, отличная от традиционной антициклонической схемы для летнего периода [4]. Особенностью структуры океанологических полей является куполообразный подъем изолиний основных CTD-параметров — температуры, солености, плотности и кислорода. При этом установлена четырехслойная структура вод впадины, важной особенностью которой являются придонные слои повышенной мутности на западном и южном склонах.

В завершении экспедиции на НИС “Академик Опарин” была выполнена детальная CTD-съемка крупного антициклонического вихря к юго-востоку от п-ва Камчатка (рис. 1, 2в). Такие вихри регулярно присутствуют в этом районе и существуют длительное время [1, 2]. Вихрь имел однородное ядро вод повышенной температуры и солености между горизонтами 50 и 300 м. По результатам наших измерений, CTD-характеристики в центре ядра составили: температура — 1.11°С, соленость — 32.92 епс, плотность — 26.39 у. е. В 1990 и 2004 гг. в ядрах вихрей в этом же районе температура воды составляла 0.02°С и 0.73°С, соленость — 33.11 и 33.01 епс, плотность — 26.58 и 26.46 у. е. соответственно [2]. Можно предположить, что с 1990 по 2017 г. произошло повышение температуры и понижение солености и плотности вод северной части Тихого океана, из которых формируется ядро камчатского вихря.

Впервые в вихре Камчатского течения под его ядром установлена изолированная область наиболее чистых вод с крайне низким содержанием взвешенного вещества по сравнению с окружающими водами. Также выявлено, что ниже основного ядра вихря в слое 200–700 м расположено вторичное ядро более теплых вод с температурой до 3.75°С и пониженного содержания кислорода. Продолжение съемки вихря после прохождения через него тайфуна “Санву” 3–4 сентября позволило зафиксировать значительные изменения в поверхностном слое вод до 20–30 м: температура понизилась с 12°С до 6–8°С, соленость увеличилась с 32.4 епс до более 32.6 епс. Однако характеристики ядер вихря и его структура в толще вод не изменились.

В ходе выполнения экспедиции была реализована научно-образовательная программа “Тихоокеанского плавучего университета” по обучению и стажировке студентов Дальневосточного федерального университета, Московского государственного университета и Санкт-Петербургского государственного университета.

 

About the authors

V. N. Karnaukh

Il’ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch Russian Academy of Science

Author for correspondence.
Email: karnaukh@poi.dvo.ru
Russian Federation, Vladivostok

A. F. Sergeev

Il’ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch Russian Academy of Science

Email: karnaukh@poi.dvo.ru
Russian Federation, Vladivostok

V. B. Lobanov

Il’ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch Russian Academy of Science

Email: karnaukh@poi.dvo.ru
Russian Federation, Vladivostok

P. Ya. Tishcenko

Il’ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch Russian Academy of Science

Email: karnaukh@poi.dvo.ru
Russian Federation, Vladivostok

References

Supplementary files