Экспедиционные исследования Международной научно-образовательной лаборатории исследования углерода арктических морей ТПУ в арктической системе суша-море-атмосфера: возрождение интеграции между высшей школой и академической наукой

166

Одной из актуальных проблем наук о Земле является выявление характерных особенностей дисбаланса цикла углерода в результате деградации мерзлоты, и в контексте вовлечения древнего органического вещества в современный биогеохимический цикл. Для уточнения роли болот Западной Сибири в региональном балансе атмосферного метана и двуокиси углерода в июле-августе 2016 г. коллективом Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей, созданной в 2014 г. в Институте природных ресурсов Томского политехнического университета (ИПР ТПУ) была выполнена комплексная 30 суточная экспедиция с выходом специально оборудованного судна ОМ-341 из Салехарда с последующими исследованиями по 6000км маршруту, пролегающему от Обской губы до верховьев реки Оби и вниз по течению до Салехарда. Для выявления различий цикла углерода в огромном водосборе реки Оби (площадью около 3 млн. кв.км), залегающем в основном в зоне уже деградированной мерзлоты (фрагменты сплошной мерзлоты только в нижнем течении), по сравнению с водосбором реки Лены (площадью 2.5 млн. кв.км), залегающем в основном в зоне сплошной мерзлоты, в июле-августе 2017 г. ИПР ТПУ и лаборатория арктических исследований Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева (ТОИ) ДВО РАН провели междисциплинарные исследования по маршруту протяженностью около 2 тыс. км, выполненному в среднем-нижнем течении реки Лена и прилегающей к ее дельте береговой зоне губы Буор-Хая (море Лаптевых).

Район исследований и положение выполненных комплексных станций с работами от поверхности до дна схематически представлены на карте.

Работы были направлены на решение актуальной проблемы современной биогеохимии полярных и субполярных геосистем «суша-шельф» - выявление особенностей трансформации состава водного и твердого стока реки Лена, интенсивности эмиссии метана и углекислого газа в процессе водной миграции к арктическому шельфу. В данном исследовании великие Сибирские реки, Обь и Лена, рассматриваются как интегрированные носители сигнала изменений, происходящих в их гигантских водосборах, соизмеримых по площади с площадью всего евразийского арктического шельфа. Для возрождения интеграции научного потенциала высшей школы и академической науки
в экспедиции участвовали 3 аспиранта ТПУ и 5 сотрудников ТОИ ДВО РАН и ИФА РАН, все –участники коллектива Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей.

Ключевые направления исследований фокусировались не только на изучении потоков вещества и газов вдоль главного русла реки и в прилегающей к дельте береговой зоне моря Лаптевых, но и на обнаружении участков разгрузки материковых вод, выявлении изменений в современном состоянии реликтовых лагун береговой зоны.

Решались следующие задачи:

  • выявление пространственно-временной изменчивости параметров турбулентных потоков СН4 и СО2 в системе «вода-приводная атмосфера» вдоль трансекты «река-море»;
  • определение содержания растворенного СН4 и СО2;
  • изучение гидрохимических характеристик и параметров карбонатной системы вод (растворенный кислород; рН
    и общая щелочность; макрокомпоненты - натрий, калий, кальций и магний; хлориды и сульфаты; неорганические формы биогенных элементов - нитриты, нитраты, силикаты, фосфаты и аммоний; органические формы фосфатов
    и азота; хлорофилл; общее содержание гуминовых веществ, растворенное окрашенное органическое вещество CDOM, DOC);
  • изучение транспорта и трансформации взвешенной фазы речного стока;
  • выявление особенностей пространственной изменчивости структуры планктонных сообществ.

Также проводились изотопные исследования (отбор проб для определения стабильных изотопов СН4, 13С, 14С в воде и атмосфере; изотопов радия и радона в воде) и регистрация особенностей рельефа дна и пузырькового переноса вдоль осевой части разреза. Особое внимание уделялось выявлению районов разгрузки подмерзлотных грунтовых вод
в прибрежной зоне моря Лаптевых.

Для этих целей была разработана погружная модификация гамма-спектрометра, которая была успешно использована в морских условиях. Данное направление работ является новым направлением, совместно развиваемым сотрудниками ТПУ и ТОИ ДВО РАН в рамках стратегического развития Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей.

Отметим, что в октябре в журнале The Cryosphere (impact factor =5) планируется публикация первой работы (Charkin A.N., Rutgers van der Loeff, M., Shakhova, N.E., Gustafsson, O., Dudarev, O.V., Cherepnev, M.S., Salyuk, A.N., Koshurnikov, A.V., Spivak, E.A., Gunar, A.Y. Ruban, A., and I.P. Semiletov. Discovery and characterization of submarine groundwater discharge in the Siberian Arctic seas: A case study in Buor-Khaya Gulf, Laptev Sea // The Cryosphere Discuss., doi:10.5194/tc-2017-33, 2017) по обнаружению разгрузки подмерзлотных грунтовых вод в морях Северного Ледовитого океана.

Эта работа прорывного характера открывает новую страницу в изучении вклада грунтовых подмерзлотных вод в пресноводный и химический состав вод морей Северного Ледовитого океана, и полностью выполнена сотрудниками Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей, что является ярким примером успешной интеграции ученых высшей школы (ТПУ) и академической науки (ТОИ ДВО РАН).

Данное направление исследований является новым примером научного доминирования российских ученых
в комплексном исследовании современных изменений в арктической системе суша-море-атмосфера.

Решение поставленного комплекса задач выполнялось в рамках двух экспедиций на борту катера «NICOLE RAFFAELLI 52 OURAGAN». Экспедицией в системе «река Лена – авандельта р. Лена» и Ивашкиной лагуне руководил д.г.-м.н. О.В. Дударев, в береговой зоне губы Буор-Хая – к.г.-м.н. А.Н. Чаркин.

Научные руководители исследований: чл.-корр. РАН д.г.н. И.П. Семилетов и д.г.-м.н. Н.Е. Шахова.

Итогом работ двух экспедиций явилось выполнение 58 комплексных станций. В настоящее время результаты обрабатываются в лабораториях ТПУ, ТОИ ДВО РАН и ИФА РАН. В 2018-2019 гг планируется ряд докладов на международных конференциях и публикаций в ведущих национальных и зарубежных изданиях.


Финансирование экспедиции в системе «река Лена – авандельта р. Лена» осуществлялось по гранту РНФ «Динамика транспорта и трансформации углерода в арктической системе суша-шельф-атмосфера в условиях глобального потепления и деградации мерзлоты» (проект № 15-17-20032, рук. профессор Института природных ресурсов ТПУ д.г.-м.н. Н.Е. Шахова), а в Ивашкиной лагуне и береговой зоне губы Буор-Хая (море Лаптевых) – по гранту Правительства Российской Федерации «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий»
(проект № 14.Z50.31.0012, рук. чл.-корр. РАН, д.г.н. И.П. Семилетов).