НИС «Академик Мстислав Келдыш» (рейс №78): комплексные океанографические исследования в арктических морях Российской Федерации

Год
2019
Судно
НИС «Академик Мстислав Келдыш»
Номер рейса
№78
Тип экспедиции
Экспедиции ТОИ ДВО РАН
Вид экспедиции
Морская экспедиция
Организатор экспедиции
ТОИ ДВО РАН
Начальник экспедиции
Район исследований

море Лаптевых, Восточно-Сибирское море, Карское море.

Сроки проведения экспедиции
  • Первый этап (основной): 17 сентября (выход из порта Архангельска) – 22 октября 2019 г. (приход в порт Архангельска)
  • Второй этап (перегон судна в порт приписки): 23 октября (выход из порта Архангельска) – 1 ноября 2019 г. (приход в порт Калининграда).
Состав экспедиции

Начальник экспедиции: чл.-корр. РАН, доктор наук И.П. Семилетов (ТОИ ДВО РАН).

Заместители начальника экспедиции:

Ученые секретари:

  • кандидат наук О.С. Самылина (ФИЦ ФОБ РАН), куратор научно-образовательной деятельности «Плавучего университета» на борту судна;
  • П.О. Щеглов (ТПУ), куратор по связи между научным составом экспедиции и руководством судна

Общая численность научного состава – 64 чел.

Цели экспедиции

Продолжение многолетних комплексных океанографических исследований для выявления особенностей функционирования геосистем «литосфера-гидросфера-атмосфера» арктических морей России.

Задачи экспедиции
  • выявление количественных пространственно-временных изменений потоков метана из донных отложений в водную толщу и атмосферу в зонах мегасипов пузырькового метана;
  • уточнение масштабов и динамики возрастающей массированной эмиссии метана вследствие деградации подводной мерзлоты;
  • выявление генезиса основных компонентов газожидкостного геологического флюида разгружающегося в рифтовых зонах и за их пределами;
  • изучение геологического строения верхней части осадочной толщи и сейсмического режима морей Лаптевых и Восточно-Сибирского в районах массированного газопроявления и предполагаемого развития подводной мерзлоты;
  • изучение состояния биологических систем в этих районах;
  • характеристика микробных сообществ и определение активности микробных процессов циклов углерода, метана и серы в донных осадках районов газопроявления;
  • изучение и оценка степени асидификации морской воды и влияние данного процесса на бентическое сообщество;
  • изучение гидрологического режима акваторий в пределах районов исследований;
  • оценка современного геоэкологического состояния исследуемых акваторий (включая отбор и изучение микропластика в воде и донных осадках);
  • подготовка и обучение аспирантов, магистров, магистрантов и студентов ТПУ, МГУ, МФТИ, ТОИ и САФУ к морским исследованиям (в рамках работы на борту судна «Плавучего университета»).
Выполненные работы и исследования

Экспедиция продолжительностью 47 суток выполнена в сроки в соответствии с Планом экспедиционных исследований научно-исследовательских судов организаций, подведомственных Минобрнауки России. Рейс начался 17 сентября (выход из порта Архангельска) и завершился 1 ноября 2019 г. в порту приписки Калининграде. Исследования выполнены в полном объеме и в соответствии с утвержденной научной программой.

Протяженность маршрута 1 этапа экспедиции составила около 11100 км. С различными видами мультидисциплинарных океанографических работ выполнены 103 станции (судовая нумерация АМК-6447-6550). Комплекс исследований выполнен на 4 полигонах в пределах морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Суммарная длина маршрута переходов судна за 47 суток между портами Архангельска и Калининграда составила 15326 км.

Предварительные научные результаты

1. Осенью 2019 г. в восточно-сибирских морях выявлено аномальное опреснение поверхностного слоя, вызванное аномально большой площадью распространения стокового плюма р. Лены. Исследована термохалинная структура в струе газового сипа на полигоне в Восточно-Сибирском море. Выявлен интенсивный локальный апвеллинг с вертикальной скоростью более 20 см/с, обусловленный подъемом газовых пузырьков.

Измерение мгновенных скоростей горизонтальных течений на мегасиповых полионах в Восточно-Сибирском море не выявило существования стационарных течений. Горизонтальные компоненты течения здесь контролируются параметрами поля ветра. В течение суток в одной точке наблюдались течения противоположных направлений.

В районе мегасипов акустическим сейсмопрофилированием зафиксированы разрывы и расслоение термоклина. Они вызваны воздействием на уплотненный слой потока газовых пузырьков и вовлеченных в этот поток более плотных и холодных водных масс.

2. Проведены работы по изучению изменчивости распределения гидрохимических параметров в морской воде, поровых водах донных осадков. Получены уникальные данные об изменчивости гидрохимических параметров вод моря в области влияния материкового стока и массированных газопроявлений. Образцы воды, донных осадков, поровых вод в настоящее время анализируются в стационарных лабораториях академических институтов, ТПУ и МГУ. Собран репрезентативный материал о распределении микропластика, позволяющий представить уровень современного загрязнения Арктики.

3. Отобраны пробы воды, на основании которых впервые будут охарактеризованы биогеография и филогенетический состав микробных сообществ пелагиали морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Это позволит обсуждать роль этих микроорганизмов в круговороте веществ (органических и неорганических) в морской толще исследуемого региона.

4. Подтверждены и подробно картированы выявленные в предыдущих рейсах пространственные аномалии метана. Обнаружены новые области распространения аномальных концентраций метана. Проведены внутрисуточные наблюдения за изменениями концентраций метана во время штормового перемешивания вод. Исследована внутрисуточная изменчивость концентраций метана внутри и на периферии газовых струй. Внедрены новые аппаратно-технические средства измерений метана в водной толще, системы контроля и автоматизации измерений. Планируется оформление нескольких патентов.

5. Постоянный мониторинг изменений концентрации метана в приводной атмосфере позволяет выявлять участки локализации областей повышенной разгрузки метана на дне на шельфе арктических морей. Кратковременные аномалии этого газа могут указывать на существование мощных источников разгрузки х непосредственно на трассе движения судна, где они могут быть зарегистрированы эхолотом. Данные по концентрации метана в воздухе, дополненные информацией о структуре планетарного проводного слоя, могут использоваться для получения независимой атмосферной оценки регионального потока метана в атмосферу.

6. Отмечено неравномерное пространственное распределение содержания Hg(0) в приводной атмосфере. Наблюдались как продолжительные, так и кратковременные эпизоды увеличения его содержания. Продолжительные эпизоды (до нескольких суток) вероятно были обусловлены атмосферным переносом, тогда как короткопериодные повышения предположительно связаны с влиянием локальных источников.

7. Построены вертикальные разрезы донных отложений на выбранных профилях. На отдельных полигонах, где проводилось профилирование серией параллельных разрезов, будет построена трехмерная модель четвертичных отложений. Будут построены карты распределения фациально-генетических типов поверхностного слоя донных осадков, определены питающие провинции, описаны особенности диагенетических преобразований голоцен-верхнеплейстоценовых осадков. Для каждого выделенного фациально-генетического типа донных осадков будут определены содержания главных петрогенных элементов, тяжелых металлов и РЗЭ+Y. Будут определены абсолютные скорости осадконакопления (по неравновесному Pb-210 и глобальным выпадениям Cs-137).

8. Измерениями показано, что донные осадки акваторий изученных морей имеют отрицательную температуру (около -1…-1,4оС). Благодаря природной засоленности донные осадки находятся не в мерзлом, а в охлажденном состоянии (т.е. не имеют порового льда). Такие значения температуры дают предпосылку ожидать наличие многолетнемерзлых пород c заглубленной кровлей. Исключением являются районы с глубинами более 100 м.

Полученные результаты теплофизических характеристик донных осадков в совокупности со значениями температуры являются крайне важными параметрами для моделирования эволюции мощности многолетнемерзлых пород на арктическом шельфе. Оно позволит установить возможные глубины современного залегания кровли мерзлоты и оценить возможность существования внутримерзлотных газогидратных образований.

Для получения дополнительных характеристик донных отложений арктического шельфа были отобраны грунтовые монолиты с целью определения их засоленности, температуры начала замерзания, условий стабильности гидратов и т.д.

9. Отработано 49 станций с отбором биологического материала (включая зообентос и зоопланктон); отобрано более 880 образцов для изотопного анализа, анализа накопления радионуклидов, анализа биоаккумуляции микропластика, а также молекулярно-генетических исследований. По результатам первичной обработки проб составлен таксономический список, включающий 111 видов животных. Построены предварительные карты распределения микропластика в донных отложениях, а также распределения биомаркеров сообществ метановых сипов (погонофор).

Дополнительно отобран материал для описания сообществ этифауны и эффекта биообрастания на примере донных сейсмических станций. Образцы переданы для дальнейшей обработки в стационарные лаборатории. По результатам итоговой обработки проб планируется написание не менее 3 статей в рецензируемых журналах.

Подготовлены к депонированию в «Морской биобанк» 30 образцов грунта с 6 станций. Подготовленные образцы будут снабжаться обширным информационным паспортом, размещенным на сайте «Морского биобанка» (http://marbank.dvo.ru) и являются перспективным материалом для дальнейших исследований, а также качественным референсным материалом.

10. Получены радиоизотопные данные для определения генезиса опресненных вод, участвующих в формировании поверхностного пресноводного слоя в Карском море (Обь, Енисей, малые реки, таяние ледников Новой Земли и Северной Земли, таяние морского льда, атмосферные осадки) и море Лаптевых (Лена, малые реки, таяние ледников Северной Земли, таяние морского льда, атмосферные осадки, перенос опресненных вод из Карского моря).

11. С гидроакустическими работами пройдено 111 100 км. Было совершено более 1000 пересечений курса судна с сипами, 100 из которых совершены впервые. Мониторинг обнаруженных ранее сипов показал, что известные сипы на сегодняшний день сохранили свою активность.

12. Все пять сейсмостанций МПССР, поставленные в рейсе АМК-73 в 2018 году подняты на борт судна. Для экспозиции в 2019-2020 гг. установлены 3 донные сейсмостанции (две МПССР и одна Тайфун). В комплекте одной сейсмостанции установлен мареограф RBR virtuoso3 D. По предварительным результатам обработки записей уровень сейсмичности на шельфе моря Лаптевых подтвердился. Наблюдается примерно десяток достаточно качественных сигналов от микроземлетрясений в сутки.

13. Общий объем геофизических исследований составил более 750 морских миль. Регистрация рельефа дна высокоразрешающим гидроакустическим комплексом показала широкое распространение на дне проявлений опасных геолого-геоморфологических процессов, в первую очередь, связанных с повышенной газонасыщенностью.

14. В ходе электроразведочных работ удалось получить около 9000 погонных километров профилей зондирования. На их основе в дальнейшем будут сделаны выводы о глубинном строении мерзлоты изученной части арктического шельфа.

Дневник экспедиции