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

Cover Page

Cite item

Abstract

During the the 73th cruise of the RV Professor Gagarinskiy and 53th cruise of the RV Academic Oparin oceanological studies of the north-western Pacific, Japan and Okhotsk Seas were conducted. New data on the structure sea bottom, water composition as well as slope convection of the Japan Sea.

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 pHin situ, DIC (растворенный неорганический углерод), pCO2 (парциальное давление углекислого газа), степень насыщенности вод кальцитом (Lc). 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

  1. Булатов Н. В., Лобанов В. Б. Исследование мезомасштабных вихрей восточнее Курильских островов по данным метеорологических спутников Земли // Исследование Земли из космоса. 1983. № 3. С. 40-47.
  2. Рогачев К. А. Структура пограничных течений и механизмы формирования промежуточных вод в западной субарктике Тихого океана // Дальневосточные моря России. Кн. 1. Океанологические исследования. М.: Наука, 2007. С. 405-428.
  3. Тищенко П. Я., Талли Л. Д., Лобанов В. Б. и др. Влияние геохимических процессов в придонном слое на гидрохимические характеристики вод Японского моря // Океанология. 2007. Т. 47. № 3. С. 380-389.
  4. Хен Г. В., Ванин Н. С., Фигуркин А. Л. Особенности гидрологических условий в северной части Охотского моря во второй половине 90-х гг. // Изв. ТИНРО. 2002. Т. 130. С. 24-43.

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies