Международная научно-образовательная лаборатория изучения углерода арктических морей

• Выполнена количественная оценка потока пузырькового метана на шельфе морей Восточной Арктики (МВА) на основе комплексных биогеохимических, геофизических, и геологических исследований. Установлено, что в зависимости от состояния подводной мерзлоты (данные колонкового бурения, геофизических исследований и усовершенствованная математическая модель) величина потока может изменяться на 5 порядков – от мг до сотен граммов с квадратного метра в сутки.
• Установлено с помощью более чем 200 000 000 прецизионных измерений концентрации атмосферного метана и двуокиси углерода и более чем 14 000 измерений концентрации растворенного метана, что в МВА наблюдаются аномально высокие концентрации этих форм метана. Причем наиболее высокие значения содержания газа были обнаружены в районах массированных выбросов пузырькового метана, где они достигали значений до 3,5–8,0 ppm – кратно выше среднепланетарных концентраций, что, исходя из фундаментальных принципов сохранения масс-баланса, требует величины эмиссии метана из океана в атмосферу от десятков г СН₄ м^-2сут^-1 до более 100 г СН₄ м^-2сут^-1.
• Проведены в течение двух лет наземные измерения на базе Полярной геофизической обсерватории с помощью аппаратуры, идентичной использованной в море. На основе этих измерений показано, что при доминировании ветров северных румбов (с моря) концентрации атмосферного метана возрастали до 2,4–2,6 ppm и что наземные экосистемы Севера (Якутия) являются менее значимым источником атмосферного метана (измерены околофоновые концентрации, при доминирующих ветрах южных румбов).
• Показано, что источником пузырькового выброса метана являются не только районы моря Лаптевых с высокой сейсмотектонической активностью, но и пассивные в геологическом отношении районы шельфа МВА, а также морские лагуны. Предполагается, что открытие мощных выбросов пузырькового метана, обнаруженных в центральной части Восточно-Сибирского моря, может свидетельствовать о наличии аномального геотермического потока, что противоречит принятой парадигме о сейсмотектонической пассивности Восточно-Сибирского моря.
• Подтверждена гипотеза о том, что наблюдаемые аномалии метана на шельфе МВА имеют различный генезис, включая термогенный, биогенный и, возможно, абиогенный. Из рассмотрения изотопных характеристик (δ¹³С-СН₄, δ¹⁴С-СН₄, δD-СН₄) различных видов метана и данных, полученных в воде и осадках (кернах) моря Лаптевых, следует, что в изучаемых пробах присутствует газ из всех известных источников, в то время как метан, обнаруженный в Восточно-Сибирском море, скорее всего, является преимущественно термогенным. На основе изучения более 500 проб сделан вывод о том, что диапазон изменчивости изотопного состава метана (δ¹³С-СН₄, δ¹⁴С-СН₄, δD-СН₄) выходит за рамки диапазона всех ранее известных изотопных данных, что требует дополнительных междисциплинарных исследований.
• Показана возможность восходящего просачивания легких нефтяных углеводородов на основании анализа распределения четных и нечетных н-алканов в поверхностных осадках в районе массированного пузырькового выброса метана в море Лаптевых и в 40-метровом керне, отобранном в Ивашкинской лагуне. Это свидетельствует о наличии глубинных путей миграции для газожидкостного флюида даже в лагуне – бывшем термокарстовом озере, в геологическом масштабе недавно соединенном с морем.
• Показано, что за последние восемь лет площадь ареала распространения СН₄ из МВА в атмосферу (концентрация растворенного СН₄ выше 20 нМ) увеличилась примерно в 8–10 раз, что демонстрирует прогрессирующую деградацию подводной мерзлоты темпами намного выше ожидаемых.
• Доказано, что основными факторами, определяющими значительное перенасыщение вод МВА двуокисью углерода (аномально высокие значения рСО₂ в поверхностных водах) и экстремальную асидификацию вод МВА, являются возрастающее влияние речного стока и деградации многолетней мерзлоты, что проявляется в увеличении количества эрозионного наземного органического вещества, минерализирующегося на шельфе, а также рост температуры поверхностных вод в условиях сокращения ледовитости арктических морей.
• Впервые выявлена изменчивость экспорта наземного ОВ различного генезиса за последние 9500 лет. Оказалось, что все время доминировал экспорт эрозионного углерода, причем этот сигнал более выражен в Восточно-Сибирском море, чем в море Лаптевых, по той причине, что в нем более значимым оказался вклад почвенного легкого ОВ.

Внедрение результатов исследования:

Полезная модель «Устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими в водоемах пузырьками», полезная модель «Устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоема», изобретение «Способ определения подпора воды при ледовых заторах и зажорах на реках».

Образование и переподготовка кадров:

- Защиты: 4 докторские диссертации, 9 кандидатских диссертаций, 2 выпускные квалификационные работ магистра, 2 выпускные квалификационные работы специалиста.

- Организованы стажировки в Стокгольмском университете (Швеция, 2014-2015 гг.), Исследовательском институте хроматографии (Бельгия, 2015 г.), University of Naples Federico (Италия, 2017 г.), Московском институте стали и сплавов (Россия, 2015 г.).

- Проведены лекции для студентов, в том числе приглашенными лекторами из российских и западных университетов.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Создание на базе Лаборатории Международного арктического сибирского научного центра (МАСНЦ).

Другие результаты:

- Сделано около 100 научных докладов на национальном и мировом уровне, включая Осеннюю сессию Американского геофизического союза (более 20 тысяч участников из 200 стран) (2015 г.).

- Организован и проведен на базе Стокгольмского университета второй Арктический партнерский форум-2018 в рамках деятельности МАСНЦ – «Криосфера – углерод – климат в Сибирской Арктике: современное состояние и перспективы». Первый Арктический партнерский форум был проведен в ТПУ в ноябре 2016 г.

Сотрудничество:

- Стокгольмский университет (Швеция): совместные исследования, обмены аспирантами и молодыми учеными, совместные научные мероприятия, совместные публикации

- Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (США): совместные исследования, совместные публикации, обмен молодыми учеными

- Гётеборгский университет (Швеция): совместные исследования, совместные научные мероприятия, совместные публикации

- Утрехтский университет (Нидерланды), Манчестерский университет (Великобритания), Амстердамский свободный университет (Нидерланды), Брюссельский университет (Бельгия), Аляскинский университет в Фэрбанксе (США), Университет Джорджии в Атенс (США): совместные исследования, совместные публикации