Отправить статью по E-mail Апробация системы мониторинга климата на основе заякоренных платформ, обсерваторий и судовых наблюдений в 96-м рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш”
- Авторы: Кравчишина М.Д.1, Клювиткин А.А.1, Новигатский А.Н.1, Гавриков А.В.1, Пестунов Д.А.2, Штабкин Ю.А.3, Иванов В.В.4, Щука А.С.1, Амбросимов А.К.1, Политова Н.В.1, Анисимов И.М.1, Баранов Б.В.1, Новичкова Е.А.1, Козина Н.В.1, Матуль А.Г.1, Гулев С.К.1
-
Учреждения:
- Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
- Институт оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН
- Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН
- Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
- Выпуск: Том 65, № 3 (2025)
- Страницы: 524-527
- Раздел: Информация
- URL: https://journals.eco-vector.com/0030-1574/article/view/687587
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0030157425030129
- EDN: https://elibrary.ru/GXEULH
- ID: 687587
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В десятой многодисциплинарной экспедиции по Программе геосистемных исследований Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН “Европейская Арктика: геологическая летопись изменений среды и климата” в Баренцево и Карское моря в июле–августе 2024 г. получены новые данные об атлантификации и эмиссии метана на Западно-Арктическом шельфе Евразии. Исследования направлены на развитие национальной системы мониторинга климатических изменений и климатически активных веществ на основе использования заякоренных автономных платформ, обсерваторий, а также судовых наблюдений.
Полный текст
96-й рейс научно-исследовательского судна “Академик Мстислав Келдыш” (25.07–31.08.2024) стал десятой экспедицией по программе Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИО РАН) “Европейская Арктика: геологическая летопись изменений среды и климата”. Фундаментальная задача экспедиций, инициированных академиком А.П. Лисицыным в 2015 г., – исследование осадкообразования в Европейском секторе Арктики, что позволит понять изменения климата в северном полушарии за последние 15–20 тыс. лет и изучить наблюдаемые сегодня климатические перемены в Северном Ледовитом океане и Европе. Обоснование ведущей роли океана в изменениях климата Земли на декадном масштабе времени [5] дает возможность прогноза глобального и регионального климата в ближайшем будущем на основе исследования внутренней изменчивости океана в зависимости от синоптической и мезомасштабной динамики вод. Следовательно, для прогноза климатических изменений в Арктике необходима организация долговременного мониторинга термодинамических и биогеохимических характеристик океана [1], в первую очередь, в Европейской Арктике – ключевом регионе климатической системы северного полушария [7], включая северную часть Баренцева моря – горячую точку глобального потепления [8]. Моря Европейской Арктики имеют непосредственную связь с Северной Атлантикой и Арктическим (Полярным) бассейном, где взаимодействуют воды атлантического и арктического происхождения. Процессы водообмена в этом регионе определяют климат и условия окружающей среды не только в “арктическом средиземноморье”, но и в западной части Евразии.
Многодисциплинарное исследование системы “донные осадки–водная толща–приводный слой атмосферы” было главной задачей экспедиции и имело три направления работ: 1) апробация методики работы заякоренной автономной гидрометеорологической платформы (метеобуй) “Sea–Air–Wave Station” (SAWS), разработанной в ИО РАН [10]; 2) три постановки модернизированных автоматических глубоководных седиментационных обсерваторий (АГОС), разработанных в ИО РАН; 3) судовые наблюдения – 183 комплексные станции и 5377 морских миль непрерывных наблюдений по маршруту судна (рис. 1). В работах участвовали 67 специалистов, аспирантов и студентов из ИО РАН, Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, ФИЦ “Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН”, Геологического института РАН, Географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии.
Рис. 1. Карта маршрута экспедиции и океанологических станций в июле–августе 2024 г.: 1 – комплексные станции, 2 – SAWS, 3 – АГОС, 4 – маршрут судна, 5 – векторы течений (длина вектора отражает скорость течения), 6 – ледяной покров 05 августа, 7 – ледяной покров 15 августа, 8 – границы Российской и Норвежкой экономических зон и рыбоохранной зоны вокруг Шпицбергена. Векторы течений построены по [6] на основе реанализа, http://bulletin.mercator-ocean.fr/en/PSY4#3/75.50/-51.33. Ледяной покров показан по данным Норвежского метеорологического института, https://cryo.met.no. Батиметрическая основа по GEBCO, https://www.gebco.net.
Исследования проводились в северной части Баренцева моря от 76°42′ с. ш. вплоть до 82°09′ с. ш. на южной периферии котловины Нансена, на шельфе Северного Шпицбергена, в Карском и Печорском морях. Для изучения климатически активных веществ (парниковые газы, атмосферный аэрозоль и черный углерод) на борту судна непрерывно работали аэрозольная станция и газоаналитический комплекс. Работы на разрезах, пересекающих краевые шельфовые желоба-троги Франц-Виктория, Квитойя, Святой Анны и Воронина, а также северный континентальный склон и Восточно-Баренцевоморскую впадину выполнялись для изучения сезонных особенностей распространения и характеристик воды атлантического происхождения (АВ), ее взаимодействия с арктической водой и трансформацию по пути распространения в восточном направлении. Температура фрамовской ветви АВ была на ~2°C выше летней среднеклиматической и соответствовала таковой для позднеосеннего сезона [6]. Проводится изучение влияния АВ на процессы седиментации и климатические события переходного периода от позднего плейстоцена к голоцену на севере Баренцева и Карского морей по данным анализа новых разрезов отложений, полученных в ключевых точках краевых шельфовых желобов-трогов.
Проведено испытание SAWS в северо-восточной части Баренцева моря в точке с координатами 78°32.8′ с. ш. и 57°41.0′ в. д. и глубиной постановки 164 м. SAWS проработала в автоматическом режиме мониторинга метеорологических и гидрологических параметров среды, а также концентраций метана и диоксида углерода в воздухе в течение 19 сут до запланированного подъема. Апробированная в рейсе конфигурация SAWS станет основой для развития системы подобных платформ в субполярной Северной Атлантике и морях России на втором этапе (2025–2030) реализации Важнейшего инновационного проекта государственного значения (ВИП ГЗ) “Единая национальная система мониторинга климатически активных веществ” [3].
Выполнены постановки АГОС на период от 3.4 до 19 сут, на севере Баренцева моря для изучения сезонных потоков осадочного вещества и условий среды под влиянием фрамовской ветви АВ с помощью седиментационных ловушек, измерителей течений и регистраторов параметров водной толщи (температуры, солености, мутности и др.). АГОС, установленные в Восточно-Баренцевоморской впадине, позволили изучить условия седиментации под влиянием глубинного теплого течения желоба Святой Анны, поступающего из Полярного бассейна; АГОС в троге Квитойя – под влиянием подповерхностной АВ, поступающей на северо-западный шельф Баренцева моря. Годовые постановки АГОС станут важным компонентом национальной системы мониторинга на втором этапе реализации ВИП ГЗ.
Учитывая высокий нефтегазовый потенциал региона, шельф может быть источником естественной эмиссии метана в атмосферу. При этом холодные воды арктических морей являются мощным поглотителем диоксида углерода из атмосферы. Установлена положительная связь между концентрацией метана в приводном воздухе и температурным профилем воздушной массы, что позволило выявить поступление насыщенного метаном относительно теплого воздуха с материка. На банке Ушакова, в троге Хинлопен (шельф Северного Шпицбергена), Печорском море и Приямальской части Южно-Карского шельфа исследовались районы разгрузки метансодержащих флюидов.
Изучен район холодных метановых сипов на 80°30′ с. ш. на глубинах ~500 м в троге Хинлопен. С помощью видеомодуля [4] установлены бактериальные маты на поверхности дна, а в водной толще наблюдались “газовые факелы” до ~100 м высотой. Однако на границе вода–воздух признаки эмиссии метана не фиксировались. Повышение концентрации метана (более 2020 ppb) в приводном слое атмосферы региона связаны с поступлением воздушных масс со стороны Скандинавии.
Следствием деградации субаквальной мерзлоты и струйной дегазации углеводородов над нефтегазовыми залежами стали многочисленные бугры пучения (пинго-подобные формы рельефа) в Печорском море [2] – наименее изученные проявления дегазации в рельефе морей. Колонками вскрыты газонасыщенные осадки с тонкими шлирами льда бугра пучения диаметром 160–170 м.
На Приямальском шельфе на 71°51′ с. ш. впервые обнаружено поле холодных метановых сипов на глубине ~50 м с бактериальными матами на поверхности осадка. Потоки метана на границе вода–воздух превышали 200 мкг СН4 ‧ м–2 ‧ ч–1, что указывает на локальную эмиссию метана в атмосферу. Концентрация метана в приводном воздухе Приямальского шельфа на высоте 19 м над урезом воды достигала 2257 ppb. Причиной эмиссии являются малые глубины шельфа и деградация субаквальных многолетнемерзлых пород [9], начавшаяся ~19 тыс. лет назад и, вероятно, активизировавшаяся в настоящее время – в период беспрецедентной скорости глобального потепления.
Благодарности. Авторы благодарят капитана Ю.Н. Горбача и экипаж судна и всех членов экспедиции за помощь и активное участие в проведении исследований.
Источники финансирования. Рейс поддержан Минобрнауки РФ. Работа выполнена по госзаданию в рамках темы НИР № FMWE-2024-0020. Отдельные исследования поддержаны Российским научным фондом, гранты № 20-17-00157-П, https://rscf.ru/project/20-17-00157/ (изучение разгрузки метансодержащих флюидов); 23-77-30001, https://rscf.ru/project/23-77-30001/ (работы с помощью заякоренных автоматических платформ и обсерваторий); 24-17-00044, https://rscf.ru/project/24-17-00044/ (изучение изменений палеосреды).
Конфликт интересов. Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Об авторах
М. Д. Кравчишина
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
А. А. Клювиткин
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
А. Н. Новигатский
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
А. В. Гавриков
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
Д. А. Пестунов
Институт оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Томск
Ю. А. Штабкин
Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
В. В. Иванов
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
А. С. Щука
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
А. К. Амбросимов
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
Н. В. Политова
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
И. М. Анисимов
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
Б. В. Баранов
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
Е. А. Новичкова
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
Н. В. Козина
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
А. Г. Матуль
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
С. К. Гулев
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Email: kravchishina@ocean.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Гулев С.К. Глобальные изменения климата и Мировой океан // Проблемы прогнозирования. 2023. № 6. С. 25–36.
- Мельников В.П., Спесивцев В.И., Куликов В.Н. О струйной дегазации углеводородов как источнике новообразований льда на шельфе Печорского моря // Итоги фундаментальных исследований криосферы Земли / Е.С. Мельников (отв. ред.). Новосибирск: Наука. Сибирское Предприятие РАН, 1997. С. 259–269.
- Решетников М.Г. Климатическая политика в России: Наука, технологии, экономика // Проблемы прогнозирования. 2023. № 6. С. 6–10.
- Римский-Корсаков Н.А., Флинт М.В., Поярков С.Г. и др. Развитие технологии комплексных инструментальных подводных наблюдений применительно к экосистемам Российской Арктики // Океанология. 2019. Т. 59. № 4. С. 679–683.
- Gulev S., Latif M. The origins of a climate oscillation // Nature. 2015. V. 521. P. 428–430.
- Ivanov V.V., Tuzov F.K. Formation of dense water dome over the Central Bank under conditions of reduced ice cover in the Barents Sea // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2021. 103590. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2021.103590
- Koppers A.A.P., Coggon R. eds. Exploring Earth by Scientific Ocean Drilling: 2050 Science Framework. 2020. 124 p. https://doi.org/10.6075/J0W66J9H
- Lind S., Ingvaldsen R.B., Furevik T. Arctic warming hotspot in the northern Barents Sea linked to declining sea-ice import // Nature Climate Change. 2018. V. 8. № 7. P. 634–639.
- Semenov P., Portnov A., Krylov A. et al. Geochemical evidence for seabed fluid flow linked to the subsea permafrost outer border in the South Kara Sea // Geochemistry. Chemie Der Erde. 2020. V. 80. № 3. doi: 10.1016/j.chemer.2019.04.005.
- Sharmar V.D., Tereschenkov V.P., Gavrikov A.V. et al. Moored meteorological buoy as part of national green-house monitoring system in the Barents Sea // Oceanology. 2025. V. 65. № 1. P. 161–166.
Дополнительные файлы
