Studies of Structure and Formation History the Submarine Borderland of Chukchi Sea in the 70th Cruise of the R/V “Academic Oparin”

Full Text

С 24 октября по 3 декабря 2023 г. в соответствии планом государственного задания ТОИ ДВО РАН на 2023 г. в части тем “Палеоокеанология и палеоклиматология окраинных морей Востока Азии и примыкающих районов Северного Ледовитого и Тихого океанов, современное и мезозойско-кайнозойское осадконакопление, геодинамика, магматизм и рудогенез” и “Исследования климатических, геологических, биогеохимических и экологических последствий деградации реликтовой прибрежно-шельфовой криолитозоны морей Северной Евразии” была проведена экспедиции на НИС “Академик Опарин” (рейс № 70), целью которой являлись комплексные океанологические исследования строения и истории развития подводных окраин северо-восточной Евразии, состояния и динамики вод, осадконакопления в областях активной шельфовой и склоновой циркуляции вод, изучение их вклада в формирование геологических структур.

В экспедиции выполнялись батиметрические, сейсмоакустические и магнитометрические исследования дна Чукотского моря для определения геологического строения шельфа, выяснения характера деградации подводной мерзлоты и формирования приповерхностных скоплений газа. Для оценки межгодовой динамики эмиссии метана в морях Тихоокеанского и Восточно-арктического сектора России производились гидрологическая съемка, измерения параметров геосистемы “литосфера–гидросфера–атмосфера”, количественное определение концентраций диоксида углерода и метана в атмосфере и морской воде по маршруту следования НИС и изотопное определение компонентов метана.

За время экспедиции получено 415 км высокоразрешающих сейсмоакустических профилей с высокочастотным профилографом “GeoPulse Subbottom Profilier”, 400 км профилей 16-канального сейсмического профилирования с электроискровым источником, 7000 км профилей эхолотного промера, 66650 определений значений магнитного поля, две океанологические станции, и попутные измерения концентрации парниковых газов (КПГ) на границе вода–атмосфера (рис. 1).

 

Рис. 1. Расположение геофизических профилей и океанологических станций, полученных в рейсе № 70 НИС “Академик Опарин” в Чукотском море. 1 – профили 16-канального сейсмопрофилирования, работ с профилографом, магнитометром, эхолотом, измерения КПГ на границе вода-атмосфера; 2 – измерения КПГ на границе вода-атмосфера и эхолотный промер; 3 – океанологические станции; 4 – местоположение газового факела в водной толще.

 

При изучении шельфа Чукотского моря были получены новые данные, касающиеся рельефа дна, строении осадочных отложений, структуре магнитного поля и характера распределения концентрации парниковых газов.

В водной толще северной части шельфа Чукотского моря обнаружены газовые факелы. Они располагаются в части шельфа, где в структуре верхней части осадочных отложений установлены акустические аномалии газовой природы. Проведено детальное изучение осадочного чехла на глубину до, примерно, 300 м. В верхней части осадочных отложений обнаружены многочисленные погребенные эрозионные речные долины глубиной до 20 м и палеоозера глубиной до 40 м. Наличие последних указывает на локальное протаивание грунта вследствие деградации многолетнемерзлых грунтов. В каньоне Геральд и на его западном борту установлены признаки современной гидрологической активности, выражающейся в формировании на морском дне обширной сети промоин глубиной до 6 м. В каньоне подтверждено существование долгоживущей системы включений газа в осадочные отложения. Выполнен повтор высокоразрешающего сейсмоакустического профиля, отработанного ранее в 2008 г. Сравнение разрезов показало, что за прошедшие 15 лет наблюдается незначительное укрупнение акустической аномалии газовой природы в осевой части каньона. В результате эхолотных измерений получен массив батиметрических данных, уточняющих рельеф дна Чукотского моря. Получены новые геомагнитные данные, позволяющие детализировать характер распределения магнитного поля в Чукотском море. Установлено, что амплитуда измеренного магнитного поля меняется от 56773.01 до 58759.22 нТл. Нормальное геомагнитное поле на участке исследований в период измерений составляло 57044–57594 нТл. Аномальное магнитное поле характеризуется существенным разбросом амплитуд от –437.65 до 1199.22 нТл.

Концентрации растворенного метана в поверхностном слое воды морей Тихоокеанского сектора по маршруту следования судна изменялись от 4.2 до 65 нМ/л, что свидетельствует о перенасыщении поверхностного слоя воды относительно атмосферы. Это позволяет считать исследованные акватории значимым источником эмиссии метана в атмосферу. Анализ вертикального распределения метана, полученного на двух комплексных гидрологических станциях в каньоне Геральд, показывает, что поверхностные концентрации метана являются в среднем характерными для всего восточноарктического шельфа с превышением относительно фона в 2–3 раза. Придонные концентрации в точках отбора свидетельствуют о наличии мощного локального источника эмиссии метана из донных осадков. На профиле выделяются горизонты высоких концентраций метана (относительно поверхностного и придонного горизонта), коррелирующие с вклиненным теплым слоем воды. Это может указывать на поступление метана из области формирования первоначальной аномалии, сформированной путем эмиссии из донных осадков на изобатах 30–40 м. По данным мониторинга содержания метана в воздухе анализаторов Picarro G2301 на 2 горизонтах, проявления повышенной разгрузки метана в Чукотском море не отмечены. В то же время минимальный уровень концентрации метана в приводном воздухе составил 2.02 ppm при среднем значении около 2.03 ppm, что намного превышает среднеширотную концентрацию метана равную 1.85 ppm. Источником этих повышенных концентраций метана в приводном воздухе могут быть поверхностные воды моря, в которые метан поступает из источников, находящихся на дне.

В поверхностном слое моря выделяются три основные водные массы. В южной части моря (до широты 66°) регистрировались теплые (2–3°C) и соленые (27–30 епс) воды, образованные в результате затока тихоокеанских вод из Берингова моря и смешения их с более холодными и более пресными водами Чукотского моря. У побережья Чукотки и в западной части моря располагалась холодная и распресненная поверхностная водная масса с температурой от –1°C до 0°C и соленостью порядка 25.5 епс. В северо-западной части моря, на границе плавучих льдов, отмечена холодная и соленая водная масса, характеризующаяся температурой –1.4°C и соленостью 31.5 епс.

Таким образом, океанологические исследования, выполненные в 70-м рейсе НИС “Академик Опарин”, позволили установить новые особенности геологического строения шельфа Чукотского моря и уточнить характер распределения парниковых газов.

Источники финансирования: Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России (темы № 124022100084-8, 124022100083-1), гранта РНФ № 21-77-30001.

Конфликт интересов. Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

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

E. N. Sukhoveev

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

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

D. A. Kosmach

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

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

A. A. Koptev

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

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

S. A. Zverev

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

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

E. A. Spivak

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

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

Supplementary files