89-й рейс (1-й этап) НИС «Академик Мстислав Келдыш»: уникальный климатический эксперимент с использованием самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик»

30 сентября 2022

89-й рейс (1-й этап) НИС «Академик Мстислав Келдыш»: уникальный климатический эксперимент с использованием самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик»

Версия для печати

18 сентября 2022 г. в порту г. Мурманск завершился 1-й этап 89 рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» в Карское море с попутными работами в южной части Баренцева моря.

Экспедиция «Экосистемы морей Сибирской Арктики – 2022: процессы в области арктического континентального склона», проводившаяся в рамках многолетней программы многодисциплинарных исследований в Карском море под научным руководством академика М.В. Флинта, была разделена на два этапа. 1-й этап продолжительностью 14 суток состоялся с 5 по 18 сентября под руководством М.Д. Кравчишиной – начальник экспедиции, А.А. Клювиткина и А.Н. Новигатского – заместители начальника экспедиции.

В рейсе работали 10 отрядов и групп, выполнявших мультидисциплинарные исследования почти во всех геосферах Земли (от атмосферы до литосферы). Научный коллектив, объединенный общей задачей на борту судна, включал 60 специалистов, аспирантов и студентов из ИО РАН (Москва, С.-Петербург, Калининград, Архангельск и Геленджик), ИОА СО РАН (Томск), ГЕОХИ РАН, ФИЦ Биотехнологии РАН, МФТИ, МГУ имени М.В. Ломоносова (Москва), ФИЦ МГИ РАН и ФИЦ ИнБЮМ РАН (Севастополь), СПбГУ (С.-Петербург).

Впервые в Карском море успешно проведены синхронные исследования с борта НИС «Академик Мстислав Келдыш» и с борта самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик». Непосредственный пролет самолета над судном на расстоянии ~200 м от поверхности моря состоялся дважды 9 и 10 сентября 2022 г. Уникальный климатический эксперимент проводился одновременно в Карском море и на территории Западной Сибири, где были выбраны озера и научные станции для дальнейших сопоставлений вклада суши и моря в состав воздуха и аэрозолей.

Маршрут и станции рейса AMK-89 этап 1

Так, исследования в западной части Карского моря в первую очередь были направлены на реализацию планов работ в рамках второго года выполнения проекта Минобрнауки РФ на проведение масштабных научных проектов мирового уровня с использованием уникальной научной установки (УНУ) самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик». Работы проводятся консорциумом, состоящим из 4-х институтов Российской академии наук: Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН – головная организация и исполнители – Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН. Руководитель проекта д.ф.-м.н. Б.Д. Белан (ИОА СО РАН, Лаборатория климатологии атмосферного состава), руководитель договора со стороны ИО РАН к.г.-м.н. В.П. Шевченко.

Целью масштабного научного проекта является исследование изменения состава воздуха и характеристик подстилающей поверхности, включая водную, в Российском секторе Арктики и Сибири, в условиях меняющегося климата путем проведения синхронных наземных, корабельных, самолетных измерений и численного моделирования для определения тенденций их изменения для прогноза климата и социально-экономического развития региона.

Основной задачей рейса было сопряженное изучение условий и процессов современной и древней седиментации в западной части Евразийской Арктики с оценкой потоков вещества, парниковых газов и загрязнений для целей обоснованного прогноза климата и среды будущего. Ниже приведем лишь некоторые текущие и ожидаемые результаты мультидисципланрных исследований в экспедиции.

Данные непрерывных газохимических измерений в приводном слое атмосферы (работы ИФА РАН Лаборатория газовых примесей атмосферы и ИО РАН), как правило, показывали фоновые концентрации метана (1,95 ppm), характерные для Арктического региона. Локально фиксировались существенно повышенные концентрации этого парникового газа: в Карском море на Приямальском шельфе при пересечении Байдарацкой губы (8 сентября, более 2,09 ppm) и в Баренцевом море к северу от о. Колгуев (16 сентября, около 2,05 ppm).

Надежно зафиксированы признаки устойчивой геологической диффузной фильтрации углеводородных газов (преимущественно метана) и растворов из коллекторов Южно-Карской нефтегазоносной области. Растворенный термогенный метан в осадках связан с морскими резервуарами углеводородов, образующимися в результате термического разложения органического вещества (катагенеза). Микробные процессы в донных отложениях (диагенез), как правило, маскируют первичные геохимические признаки мигрирующих газовых флюидов, значительно сдвигая изотопный состав углерода растворенного метана в сторону легких значений. Состав углеводородов в осадках и взвеси, а также изотопно-геохимические исследования углеводородных газов в осадочной толще, выполняющиеся в ИО РАН и ГЕОХИ РАН (Лаборатория геохимии углерода) позволят восстановить природу глубинных газовых флюидов.

Количественные оценки активных процессов микробной сульфатредукции, а также микробного окисления растворенного метана будут получены после анализа проб воды и осадков в ФИЦ Биотехнологии РАН (Лаборатория микробиологии и биогеохимии водоемов), что представляет интерес для исследования региональных особенностей процессов диагенеза. Выделение тотальной ДНК из восстановленных донных осадков позволит выполнить анализ полного филогенетического состава микробных сообществ на основе данных высокопроизводительного секвенирования (МГУ имени М.В. Ломоносова, Брюханов Андрей Леонидович).

Результаты исследования железомарганцевых конкреций, обнаруженных на поверхности дна в пределах Западно-Карской ступени, позволят расширить наши представления об особенностях процессов диагенеза в этом районе моря (ИО РАН).

На основании экологии организмов, обнаруженных в составе ископаемых биоценозов, будут восстановлены многие физико-химические черты среды их обитания и захоронения в осадках, что позволит уверенно судить о солености, температуре, газовом режиме, подвижности вод в геологическом прошлом (ИО РАН). В комплексе с изотопно-геохимическими и литологическими данными, изучение микроостатков планктонных бентосных организмов позволяет проводить надежные реконструкции палеоклимата, чтобы понять механизмы климатических изменений в настоящем и будущем.

На дне одной из депрессий Западно-Карской ступени впервые прицельно опробованы осадочные валообразные тела (глубина менее 300 м), которые Б.В. Баранов интерпретирует как контуритовые дрифты. Эти структуры, образовавшиеся за счет деятельности придонных течений, возникли в голоцене (до 18 тыс. лет назад) при формировании морских условий в этом регионе. Первые данные изучения колонки, отобранной в центральной части предполагаемого дрифта, показали хорошую сопоставимость изменений световых характеристик осадка с горизонтами, выделенными по сейсмоакустическим данным (ИО РАН).

Выполнены исследования углеводородов поверхностного водного микрослоя, представляющего собой геохимический барьер на границе атмосферы и гидросферы. Установлено концентрирование углеводородов в поверхностном микрослое во взвешенной форме (ИО РАН).

Выполнены исследования современной седиментационной системы: аэрозоли приводного слоя атмосферы – взвесь водной толщи – пограничный слой вода–осадок (наилок), включая комплексное изучение рассеянного осадочного вещества и гидрохимических условий среды водной толщи, а также уровня первичной продукции в верхнем деятельном слое (ИО РАН и ИОА СО РАН Лаборатория оптики аэрозоля). Получен непрерывный ряд наблюдений массовой концентрации сажи (микрокристаллического углерода) – важного климатического фактора, определяющего альбедо однократного аэрозольного рассеяния в видимой области спектра.

Новые данные о потоках осадочного вещества будут получены после анализа данных 2-х Автоматических глубоководных седиментационных обсерваторий (АГОС), проработавших 4 суток на Приямальском шельфе (ИО РАН).

Выполнен сбор частиц микропластика в поверхностном слое воды Карского и Баренцева морей. Потенциальные пластиковые частицы будут идентифицированы в стационарной лаборатории при помощи ИК-спектрометра с Фурье преобразованием (ИО РАН).

В морях, подверженных мощному стоку рек, отмечается активный рост колоний бактерий, связанный с обогащением этих вод биогенными элементами. Концентрация АТФ (аденозинтрифосфорная кислота – эфир аденозина, который является основным источником энергии для клеток) будет рассматриваться как показатель метаболически активной биомассы микропланктона. По количеству хлорофилла а планируется оценить потенциал первичной продукции биосинтеза органического вещества микропланктоном (ФИЦ ИнБЮМ РАН, ФИЦ ИнБЮМ (ibss-ras.ru).

Показано, что основу Ямальского течения в Байдарацкой губе составляют талые береговые воды в поверхностном слое моря и поступление в придонном слое тяжелых и относительно холодных вод Восточно-Новоземельского течения. Относительно теплые баренцевоморские воды проникают в северную часть губы и приближаются к полуострову Ямал.

Зарегистрированы внутренние волны амплитудой 3–11 м и периодом от 5 до 17 минут с помощью термокосы. Фото- и видеоматериалы позволили зафиксировать на поверхности моря такие визуальные проявления внутренних волн как «слики» и «морская рябь» (ФИЦ МГИ РАН, Морской гидрофизический институт | Отдел дистанционных методов исследований (mhi-ras.ru)).

Проведена верификация сигналов поляризационного лидарного зондирования поверхностного слоя моря с данными вертикальных профилей распределения температуры, плотности, солености, флуоресценции хлорофилла и показателя ослабления света водой (ИО РАН), что позволит получить информацию о положении термоклина и взвесенесущих слоев по всему маршруту судна.

Проведены подсамолетные измерения составляющих энергетического баланса подповерхностного слоя морской воды с использованием УНУ «Самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик»» на двух полигонах в Карском море (ИО РАН).

Изучено поле затухающего кокколитофоридного цветения в южной части Баренцева моря. Согласно непрерывным измерениям показателя ослабления света морской водой в поверхностном слое по ходу судна, концентрация клеток в литре воды варьировала от 3,0 до 1,5 миллионов, что соответствует спутниковым данным сканеров цвета моря, рассчитанным по алгоритму Лаборатории оптики океана ИО РАН.

Киностудией ИО РАН проведены съемки короткометражного документального фильма с рабочим названием «Кокколито. Танцующие над бездной», прошедшего конкурсный отбор Фонда поддержки регионального кинематографа (Союз кинематографистов России «Россия – взгляд в будущее»). Представление фильма состоится в ноябре 2022 г.

Руководство экспедиции выражает глубокую признательность академику М.В. Флинту за поддержку и неоценимую помощь в организации экспедиции.

Научный состав экспедиции выражает благодарность капитану Ю.Н. Горбачу и всем членам экипажа НИС «Академик Мстислав Келдыш» за огромную помощь в проведении уникального климатического эксперимента в Карском море. Экипаж сделал все возможное и даже больше для выполнения экспедиционных работ с осознанием важности и необходимости реализации научной программы для укрепления научного присутствия России в ключевом регионе Арктики.

Общая фотография экспедиции

Экспедиция проведена при финансовой поддержке Минобрнауки России (целевое финансирование морских экспедиционных исследований). Участие научного состава экспедиции было поддержано

государственными заданиями Минобрнауки России (16 тем),
проектом Минобрнауки РФ «Исследование антропогенных и естественных факторов изменений состава воздуха и объектов окружающей среды в Сибири и Российском секторе Арктики в условиях быстрых изменений климата с использованием УНУ «Самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик»» (соглашение № 075-15-2021-934 от 28.09.2021 г.),
проектами Российского научного фонда №№ 20-17-00157 (ИО РАН, к.г.-м.н. Кравчишина М.Д.), 21-17-00235 (ИО РАН, д.г.-м.н. Матуль А.Г.), 19-17-00234-П (ИО РАН, д.г.-м.н. Немировская И.А.), 22-27-00552 (ИО РАН, к.ф.-м.н. Седаков Р.О.), 21-77-10059 (ИО РАН, к.ф.-м.н. Глуховец Д.И.); 21-77-20025 (ИОА СО РАН, д.ф.-м.н. Сакерин С.М.); 21-17-00278 (ФИЦ МГИ РАН, рук. к.ф.-м.н. Козлов И.Е.).

View the embedded image gallery online at:
https://ioran.ocean.ru/index.php/vse-novosti/item/2558-89-j-rejs-1-j-etap-nis-akademik-mstislav-keldysh-unikalnyj-klimaticheskij-eksperiment-s-ispolzovaniem-samoleta-laboratorii-tu-134-optik#sigProIda5ed079fb4

Теги

экспедиция

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт океанологии им. П.П. Ширшова
Российской академии наук

Институт океанологии им. П.П. Ширшова
Российской академии наук

ИО РАН в соцсетях: