НИС «Академик Опарин» (рейс №60): изучение эпигенетических трансформаций геохимических полей на шельфе Арктических морей России и их связь с возможными залежами минеральных ресурсов и сукцессией морских биоценозов

Год
2020
Судно
НИС «Академик Опарин»
Номер рейса
№60
Тип экспедиции
Экспедиции ТОИ ДВО РАН
Вид экспедиции
Морская экспедиция
Начальник экспедиции
Район исследований
Экспедиционные исследования будут выполняться в пределах Чаунской впадины и Айонского осадочного бассейна Восточно-Сибирского моря. Основная часть работ запланирована в Чаунской губе
Сроки проведения экспедиции
09.2020-10.11.2020
Состав экспедиции
Экспедиция организована лабораторией перспективных методов морских исследований (ЛПММИ, 1/8) Федерального государственного бюджетного учреждения науки Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН). Кроме ЛПММИ в экспедиции также участвуют сотрудники лабораторий 5/2 и 5/4 ТОИ ДВО РАН, а также сотрудники из Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТИБОХ ДВО РАН), аспиранты Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова» (МГУ) и Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ)
Цели экспедиции
Целью экспедиции является выявление особенностей геологического строения восточно-арктического шельфа России и процессов, протекающих как внутри его, так и на его поверхности, отражающих влияние совокупности факторов эндогенного и экзогенного генезиса, и выяснение роли разгрузки субмаринных грунтовых вод в формировании сукцессии биоценозов в губе Чаунская (Восточно-Сибирское море), а также оценить влияние современных климатических изменений и растущей антропогенной нагрузки на состояние морских экосистем ключевых районов Охотского и Японского морей.
Задачи экспедиции

- выявление мест разгрузки СГВ с помощью данных по активности природных радионуклидов «квартета» радия, 224Ra, 223Ra, 228Ra, 226Ra и 222Rn, значений стабильных изотопов 18О, 2Н, гидрологических (температура, соленость) и гидрохимических параметров (макрокомпоненты – Cl, SO4, Na, Mg, Ca, K, карбонатные параметры – щелочность, рН, растворенный кислород);

- определить места и площадь разгрузки субмаринных грунтовых вод с помощь многопараметрового тралового комплекса «Smart Fish»;

- оценка площадей разгрузки СГВ с помощью геохимических (химический состав донных осадков, U/Th отношение активности в донных осадках, непрерывная гамма-сьемка дна), литологических (гранулометрический состав донных осадков) и геоморфологических (батиметрия дна, поиск новообразованных форм рельефа) методов;

- определить особенности тектонического строения на основании магнитной съемки;

- измерить в различных водных массах и в СГВ концентрацию биогенных элементов– аммония, нитритов, нитратов, фосфатов, силикатов, и определить роль СГВ в их поставке,

- определить температуру грунтовых вод и их гидрохимический состав, и тем самым выявить их влияние на температурный и гидрохимический режимы;

- определить преобладающие литологические типы донных отложений и составить литологическую карту-схему Чаунской губы; - оценить влияние разгрузки СГВ на состав и свойства донных отложений, органического вещества в их составе, видовой состав бентосных фораминифер;

- выполнить пробоотбор и провести качественный и количественный анализ донных и пелагических сообществ (бентос, фито- и зоопланктон) в пределах исследуемых акваторий и сравнить их с сообществами прилегающих областей моря и других районов арктического шельфа;

- изучить связи видового состава и биоразнообразия, численности и биомассы морского зоопланктона и бентоса Чаунской губы Восточно-Сибирского моря с глубиной и морфологией дна, структурой донных осадков, структурой водных масс, гидрохимическими параметрами и прибрежными течениями.

Выполненные работы и исследования

Виды морских научных исследований:

  • зондирование гидрологическим зондом до глубины 600 м с отбором проб воды батометрической системой; регистрация температуры и солености, в поверхностном слое воды на ходу судна;
  • непрерывная гидрологическая, гидрохимическая и гамма-спектрометрическая сьемка придонных и подповерхностных вод для поиска выходов грунтовых вод и исследования вихревых образований («Smart Fish»);
  • выполнение гидробиологических станций (отбор проб на фитопланктон, зоопланктон – планктонная сеть, зообентос – драга, дночерпатель, геологическая трубка);
  • лабораторные гидробиологические работы на борту будут включать фиксацию проб и предварительную качественную и количественную их обработку с отбором живых организмов для дальнейших молекулярно-генетических и морфологических исследований; магнитная сьемка;
  • определение стабильных изотопов 18О, 2Н в воде; изотопы гелия, радия и радона в воде, изотопы U-Th рядов в донных осадках;
  • проведение стандартных гидрохимических анализов.
Финансирование

Выполнение задач экспедиции обеспечивается финансированием из:

  • гранта РНФ - Влияние разгрузки субмаринных грунтовых вод на морские экосистемы в восточно-арктических морях России (проект № 19-17-00058, рук. к.г.-м.н. А.Н. Чаркин).
  • гранта РФФИ Ресурсы Арктики - Использование естественных радионуклидов для исследования эпигенетических трансформаций геохимических полей на восточно-арктическом шельфе России и их связь с возможными залежами углеводородов и рудных месторождений (проект №18-05-70047, рук. к.г.-м.н. А.Н. Чаркин);
  • гранта РФФИ конкурса Инициативных проектов - Динамика неорганической составляющей углеродного цикла и потоков СО2 в системе океан - атмосфера на шельфе и материковом склоне морей Восточной Арктики: новые климатические реалии. (проект № 18-05-00559, рук. к.г.н. И.И. Пипко);
  • гранта РНФ - Индикаторы морфолитогенеза прибрежно-шельфовой зоны арктических морей России (проект № 19-77-10044, рук. к.б.н. А.С. Ульянцев).
  • гранта РФФИ Арктика - Органическое вещество донных осадков как индикатор изменения природных условий в Арктических морях России (проект № 18-05-60214, рук. д.г-м.н. Е.А. Романкевич)
  • госзадания лаборатории перспективных методов морских исследований (№ гос. рег. АААА-А20-120011090005-7) «Разработка и внедрение перспективных методов исследования состояния окружающей среды и ее ресурсного потенциала в условиях активизации промышленного развития России в Дальневосточном и Арктическом регионах»;
  • госзадания Отдела 5 ТОИ ДВО РАН «Изучение изменчивости параметров арктической системы «литосфера-гидросфера-атмосфера» в тихоокеанском секторе Арктики и Субарктики: физические, геофизические, биогеохимические и геологические аспекты (№ гос. рег. АААА-А17-117030110039-2);
  • - госзадания Отдела 5 ТОИ ДВО РАН «Влияние природных и антропогенных факторов на биогеохимические процессы и состояние биоты в прибрежных экосистемах» (№ гос. рег. АААА-А17-117030110038-5).
  • госзадания Отдела сейсмостратиграфии, геоморфологии и биогеохимии ИО РАН «Геоморфология морского дна, геофизические и биогеохимические характеристики литосферы океанов и морей: геоморфологические особенности рельефа дна Арктического бассейна; геолого-геофизические и биогеохимические исследования осадочной толщи и литосферы Арктического шельфа, переходной зоны от Тихого океана к Евразии, отдельных районов Атлантики и Индийского океана, морей России» (№ 0149-2019-0006)
Фотоматериалы

 

Рейс №60 на НИС «Академик Опарин». Испытание подводного аппарата «Smart Fish»
 
Участники экспедиционного рейса №60 НИС «Академик Опарин», 26 сентября 2020г.

 

Подготовка научного оборудования к переходу в Чаунскую губу, научные сотрудники закрепляют по-штормовому бокс-коррер на палубе НИС «Академик Опарин». Слева направо: Юрцев А.Ю., Кукла С.П., Семкин П.Ю., Семин В.Л., Кобяков К.А.

 

 

Подготовка к работе научного оборудования. Научные сотрудники (слева направо) Гуленко Т.А., Семкин П.Ю., Юрцев А.Ю. настраивают приборное обеспечение буксируемой системы Smart Fish в судовой лаборатории.
 

 

 

Подготовка к работе научного оборудования. В судовой гидрохимической лаборатории научные сотрудники (слева направо): Юрикова Д.А., Полтавская Н.А., Леусов А.Э., Кобяков К.А. настраивают оборудование для выполнения анализов проб морской воды.
Дневник экспедиции
03.11.2020 В 02:00 ВСТАЛИ НА ЯКОРЬ В ЮЖНОЙ ЧАСТИ ЗАЛИВА ОЗЁРНЫЙ ДЛЯ УКРЫТИЯ ОТ ШТОРМА.

22.10.2020  Экспедицией закончены исследования в Чаунской губе и прилегающей акватории Восточно-Сибирского моря. Выполнено 105 гидрологических и комплексных станции.

Нами установлено, что разгружаемые грунтовые воды в Чаунской губе имеют высокую минерализацию (солёность) и, вероятнее всего, имеют морской генезис. При этом Чаунская губа - это не только самостоятельный уникальный оазис с теплолюбивыми биоценозами, но и мощный региональный источник тепла для всего Восточно-Сибирского шельфа! Теплые, солёные воды через глубокий эрозионный врез вдоль правого борта горловины Чаунской губы поступают в Восточно-Сибирское море и распространяются по площади более 700 квадратных километров! Температура в ядре этих вод, у дна достигает 3.5 градусов Цельсия, что на 2.5 – 4.5 градуса выше, чем в прилегающих водах шельфа Восточно-Сибирского и Чукотского морей (Рис.1).

Рисунок 1. Изображение построено по данным вертикального зондирования, поэтому видно только место разгрузки и теплые воды на выходе из губы. По непрерывным данным со Smart Fish видно, как тёплая вода струями мигрирует к выходу из губы.

 

Было обнаружено, что вслед за тёплыми водами в Восточно-Сибирское море начали экспансию и теплолюбивые виды «Чаунского Рефу́гиума». Необходимо заметить, что ещё в начале экспедиции у входа в Чаунскую губу в Восточно-Сибирском море было замечено стадо китов, являющихся для здешних вод большой редкостью. Возможной причиной такой дальней миграции китов, также является вынос из Чаунской губы тёплых вод, богатых крилем (были обнаружены места его крупных скоплений в Чаунской губе).

Таким образом, можно заключить, что Чаунская губа — это неучтённый элемент в глобальной климатической системе Восточной Арктики России. С 2000 по 2016 года в прилегающем к губе участке Восточно-Сибирского моря экспедициями ТОИ в августе-сентябре всегда регистрировались отрицательные температуры у дна, и нынешние +3.5 градуса, да ещё в водах с высокой солёностью - это серьёзный удар по стабильности субаквальной мерзлоты данного участка шельфа. Конечно, данный факт может быть и сезонным явлением, так как мы впервые проводим здесь исследования во второй половине октября, но, возможно, это частный случай общей тенденции изменения климата в Арктике.

16.10.2020 Экспедицией выполнено 70 гидрологических и комплексных станции. Пройдено около 700 км геофизических разрезов, в том числе с использованием комплекса «Smart Fish». Подводный многопараметровый роботизированный комплекс «Smart Fish» прошёл все режимы и этапы испытаний, в том числе в шторм с ветром 14 метров в секунду и при скорости движения судна на 8 узлах и подтвердил все заложенные в него характеристики. Благодаря данному комплексу в сжатый срок была выполнена подробная сьёмка термогалинной структуры на 8 метровом горизонте, в результате было установлено что движение воды в губе осуществляется по циклонической схеме. На нескольких участках ближе к берегу были выявлены локальные температурные аномалии. Последующие детальные исследования данных вод выявили в них высокую активность изотопов радия и радона. Данный результат четко указывает на их гидротермальный генезис и подтверждает нашу ранее выдвинутую гипотезу о их разгрузке в губе Буор-Хая. Данный вопрос являлся главной целью нашей экспедиции. Гидробиологическим отрядом в свою очередь был существенно расширен видовой состав местных биоценозов, ранее исследованный экспедицией ЗИН АН СССР в 80-х годах. Были обнаружены огромные ореолы (сотни квадратных километров) скопления железомарганцевых конкреций в центральной части губы, в местах разгрузки термальных грунтовых вод и на их периферии. С большой уверенностью можно утверждать что образование данных ореолов также связанно с гидротермальной деятельностью, так как восстановленные железо с марганцем в грунтовых водах поступая в водную толщу моментально начинают взаимодействовать с богатой кислородом поверхностной арктической водной массой проникающей в губу с Запада (так же установлено с помощью «Smart Fish»), после чего окисляются в виде железо-марганцевых аккумуляций. Работа продолжается… С уважением, Начальник экспедиции Александр Чаркин

08.10.2020

На текущий момент обстановка, следующая: Экспедиция проходит пролив Лонга, дрейфующие льды не встречены. На 8 часов утра по Владивостокскому времени координаты судна 69 44,076 N и 177 17,484 E. Ориентировочное прибытие в точку начала работ 23:00 сегодняшнего дня. Все отряды приведены в рабочую готовность. Проведён инструктаж по техники безопасности палубных и лабораторных (по отрядам) работ. Сформированы палубные листы, начальникам отрядов розданы карты с предполагаемыми станциями, утверждены начальники вахт (дневной комплексно-океанографической командует Сёмкин, ночной геофизической Чаркин). Все оборудование переведено из походного в рабочее состояние. Настрой участников экспедиции повышенный (все соскучились по работе), взаимодействие с экипажем на самом высоком уровне. В общем всё готово к работе. О первых результатах будет сообщено в самое ближайшее время.

Александр Чаркин.