Соль лед точит: ученые назвали причины уязвимости подводной мерзлоты
Команда ученых исследовала льдосодержащие отложения Восточно-Сибирского арктического шельфа. Ученые доказали, что причина таяния подводной мерзлоты — не только потепление морской воды, но также миграции ионов ее солей (в основном NaCl). Об этом и других исследованиях Института экологии НИУ ВШЭ — в материале новостной службы портала.
В конце 1990-х — начале 2000-х командой российских ученых под руководством заведующего лабораторией арктических исследований Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, научного руководителя Института экологии ВШЭ Игоря Семилетова и главного научного сотрудника Института экологии ВШЭ Натальи Шаховой были начаты исследования, направленные на выявление влияния деградации подводной мерзлоты на масштабы эмиссии метана из донных отложений арктического шельфа России в атмосферу. Исследователи обнаружили аномальное содержание метана в воде и воздухе морей Восточной Арктики, где сосредоточено более 80% всей подводной мерзлоты.
После публикации результатов исследования в журнале Science стала очевидной необходимость пересмотра ранее сложившихся представлений о том, что подводная мерзлота сплошная и стабильная. В период 2011–2015 годов путем повторного бурения научных скважин, выполненных в 1982–1983 годах на шельфе моря Лаптевых, были получены первые надежные данные по скорости вертикальной деградации подводной мерзлоты. Было установлено, что эти скорости во много раз выше, чем были бы только за счет теплового обмена, как было принято считать ранее. Авторами было сделано предположение о том, что это связано с диффузией соли, направленной из морской воды в опресненные осадки подводной мерзлоты. Ниже приведены результаты одного из последних исследований, выполненных в этом направлении совместно с командой ученых под руководством Евгения Чувилина из Сколковского института науки и технологий.
Команда ученых исследовала льдосодержащие отложения Восточно-Сибирского арктического шельфа. Ученые доказали, что причина таяния подводной мерзлоты — не только потепление морской воды, но также миграции ионов ее солей (в основном NaCl). Также во время экспедиции были подтверждены мощные потоки метана из донных отложений Восточно-Сибирского моря и моря Лаптевых, которые были открыты авторской командой ранее.
Эти наблюдения подчеркивают необходимость пересмотра существующих взглядов на состояние подводной мерзлоты, которая потенциально более уязвима к оттаиванию, чем ее наземный аналог. Результаты исследования опубликованы в журнале Marine and Petroleum Geology. Более того, в ранней авторской работе, опубликованной в Nature Geoscience, показано, что температура подводной мерзлоты в верхнем 100-метровом слое на Восточно-Сибирском шельфе примерно на 10ОС выше, чем температура наземной мерзлоты.
Восточно-Сибирский арктический шельф — хранилище запасов природных углеводородов, стратегически важное место для разработки нефтегазовых месторождений, но при этом и сложная природная территория, требующая особого подхода и изучения.
Чтобы избежать экологического и финансового ущерба, перед бурением необходимо точно знать о наличии подводной мерзлоты, ее размерах, составе и свойствах. Геологические работы включают бурение и заборы проб грунтов, они рискованны и дорогостоящи, поэтому большая часть имеющейся информации о состоянии подземной мерзлоты основана на данных локальных геофизических исследований (без бурения и повреждения изучаемой среды) и численного моделирования.
В свою очередь, результаты моделирования зависят от входных параметров, которые не всегда надежны и точны, поэтому существует необходимость проведения полевых практических исследований. Группа российских ученых провела такого рода исследование с помощью цилиндрических зондов METER Group, KD-2 и KD-2 Pro. Были пробурены три параметрические скважины (глубина колонкового бурения 50–60 м). Две скважины находились на шельфе моря Лаптевых, а третья — в морской лагуне, примыкающей к бухте Буор-Хая. Также были проведены детальные морские исследования в Восточно-Сибирском, Карском морях и море Лаптевых.
Данные говорят о наличии широко распространенной подводной льдосодержащей вечной мерзлоты от шельфа Восточно-Сибирского арктического моря до континентального склона на расстоянии ~1000–1500 км от побережья, исключая глубоководные районы (пролив Вилькицкого при глубине воды ~230 м). Ученые выделили три основных типа горизонта отложений.
Верхние несколько метров состоят из незамерзшей мягкой глины и имеют теплопроводность 0,8–1,1 Вт/(м⋅K) и соленость 0,5–1,0%. Содержание влаги уменьшается с увеличением глубины с 90 до 45%.
Более глубокие отложения состоят из незамерзших, засоленных алевритовых и мелкозернистых песков. Первоначально они составляли часть вечной мерзлоты, но из-за потепления морской воды и диффузии соли в природную мерзлоту около 9 тыс. лет назад, льдосодержащие отложения начали деградировать в подводных условиях. Теплопроводность этих отложений варьируется от 1,4 Вт/(м⋅K) в образцах с высоким содержанием ила и глины до 2,1 Вт/(м⋅K) в мелком песке. Соленость отложений составляет от 0,4 до 1,0%.
Далее располагается переходная зона, за которой следует третий слой, состоящий из замерзших льдосодержащих отложений. Они включают различные типы песчаных почв. Замерзшие льдосодержащие отложения характеризуются более высокой теплопроводностью — 2,2–3,2 Вт/(м⋅K), плотностью грунта 1,8–2,0 г/см3 и содержанием влаги более 25–30%.
Таким образом, теплопроводность замороженных почв приблизительно на 45–60% выше, чем у незамерзших, причины этого — более низкая соленость (~0,1–0,2%), более высокая льдонасыщенность и умеренное содержание незамерзшей воды. Также во время экспедиции были обнаружены мощные потоки метана из донных отложений Восточно-Сибирского моря и моря Лаптевых.
По мнению исследователей, полученные данные о состоянии подводной мерзлоты говорят о том, что она потенциально более уязвима к оттаиванию, чем ее наземный аналог.
Игорь Семилетов
«Полученные в ходе экспедиции новые данные и результаты лабораторных экспериментов подтверждают, что прогрессирующая деградация льдосодержащих отложений на арктическом шельфе происходит в результате как потепления морской воды, так и миграции ее солевых ионов (в основном NaCl) в подводную льдосодержащую мерзлоту», — поясняет один из авторов статьи Игорь Семилетов.
Авторы статьи предполагают, что полученные данные помогут улучшить существующие численные модели деградации подводной мерзлоты и дестабилизации гигантских запасов арктических шельфовых гидратов с учетом эффекта быстрой диффузии солености из морской воды в мерзло-талые донные осадки на арктическом шельфе.
Другим важным направлением исследований является выявление природы источников массированной разгрузки пузырькового метана. Эти исследования проводятся совместно со стратегическими партнерами из Стокгольмского университета — группой профессора Орьяна Густафссона (члена Шведской королевской академии наук и Нобелевского комитета по химии) — путем измерения стабильных изотопов и радиоуглеродного возраста метана. В последней совместной статье, посвященной этой теме и опубликованной в престижном журнале PNAS, была показана значительная роль поступления метана термогенного происхождения, что свидетельствует о гораздо большем потенциале разгрузки геологического метана на российском арктическом шельфе. О климатической роли этого процесса — в следующем выпуске.
Комплексные исследования, направленные на изучение климатической роли деградации подводной мерзлоты и шельфовых гидратов, осуществлены в рамках работы Научного центра мирового уровня (НЦМУ) «Центр междисциплинарных исследований человеческого потенциала» Институтом экологии НИУ ВШЭ. В рамках НЦМУ эти исследования будут развиваться как международная тематическая программа. Новые знания будут направлены на снижение рисков неблагоприятных последствий геоэкологических катастроф и их влияния на состояние экосистем и глобального климата, рассказал директор Института экологии НИУ ВШЭ Борис Моргунов.
Вам также может быть интересно:
В центре науки: как прошла стажировка в НЦМУ победителя всероссийского конкурса молодых ученых
НЦМУ «Центр междисциплинарных исследований человеческого потенциала» помогает молодым ученым развивать свои научные проекты и дает им возможности для профессионального роста через многопрофильные научные программы. О том, как проходила стажировка в НЦМУ, рассказала победительница Всероссийского конкурса научных проектов #ВЦЕНТРЕНАУКИ Регина Якунина.
Развитие человеческого потенциала через образовательные программы: возможности и перспективы
В 2020–2023 гг. научный центр мирового уровня «Центр междисциплинарных исследований человеческого потенциала» внес значительный вклад в сферу образования, представив 28 инновационных образовательных программ, причем 40% — в 2023 году. За это время число обучающихся достигло 1844 человек.
Сокровища Cевера: как развивается туристический и креативный потенциал Мурманска и Териберки
АНО «Креативная экономика» при экспертно-аналитической поддержке Института исследований культуры факультета городского и регионального развития (ФГРР) НИУ ВШЭ представила качественное исследование туристского потенциала Арктического региона. В ходе исследования специалисты АНО отправились в главные туристские локации региона — Мурманск и Териберку, где провели более 20 глубинных интервью. В исследовании приняли участие местные жители, представители туристического бизнеса в регионе, а также приезжие предприниматели, нелегально оказывающие туристические услуги.
Эксперты НИУ ВШЭ рассказали о бюджетах времени на международной конференции в Токио
В ноябре эксперты Центра исследований бюджетов времени — междисциплинарного проекта НЦМУ «Центр междисциплинарных исследований человеческого потенциала» — выступили с докладом на конференции Международной ассоциации исследований бюджетов времени (IATUR) в Токио. В конференции приняли участие ученые из 18 стран. В рамках мероприятия обсуждались вопросы, связанные со сбором и анализом данных о расходовании времени, а также гендерное неравенство и распределение времени между различными социально-демографическими группами.
Как повысить уровень благополучия детей и что на него влияет
5 октября 2023 года НЦМУ «Центр междисциплинарных исследований человеческого потенциала» совместно с Фондом Тимченко провел научно-практический семинар, посвященный развитию подходов к изучению и измерению детского благополучия. Участники обсудили разные подходы к изучению и измерению детского благополучия в междисциплинарной перспективе и рассмотрели практический опыт внедрения индекса детского благополучия в регионах России.
В Вышке прошла 10-я летняя нейролингвистическая школа “Eye-tracking in the Lab and Beyond”
В этом году в школе приняли участие более 100 человек со всей России и из-за рубежа. Это уже 10-я летняя нейролингвистическая школа “Eye-tracking in the Lab and Beyond”, ежегодно проводимая Центром языка и мозга ВШЭ. Ведущие специалисты рассказали о передовых разработках и исследованиях в области видеоокулографии.
Ученые Вышки помогают раскрывать человеческий потенциал
Совет по государственной поддержке создания и развития научных центров мирового уровня одобрил работу НЦМУ «Центр междисциплинарных исследований человеческого потенциала», координатором которого выступает НИУ ВШЭ. За 2022 год и первый квартал 2023 года ученые НЦМУ почти вдвое превысили план по статьям в журналах первого и второго квартилей, в работе центра приняли участие более 270 ведущих российских и зарубежных ученых, а результаты исследований востребованы крупнейшими компаниями.
Иностранный язык против деменции: как когнитивные резервы могут задержать наступление болезни
Деменция как одна из масштабных форм ослабления мозговой деятельности поддается профилактике. По мнению профессора Джубина Абуталеби из итальянского Университета Вита-Салюте Сан-Рафаэле и Норвежского Арктического университета (Университета Тромсё), самый простой рецепт после 60 лет — учить и практиковать иностранные языки. И чем больше языков, тем качественнее результат. На XXIV Ясинской (Апрельской) международной научной конференции он представил доклад «Профилактика деменции с помощью билингвизма».
«Наша задача — интегрировать результаты исследований в жизнь каждого человека»
10 апреля в атриуме корпуса университета на Покровском бульваре состоялось открытие выставки «Антропологический и нейрокогнитивный кластеры — среда для прорывных научных исследований». Посетить экспозицию, организатором которой стал НЦМУ «Центр междисциплинарных исследований человеческого потенциала», можно до 14 апреля.
НЦМУ представил результаты Международному наблюдательному совету
Созданный в 2020 году Научный центр мирового уровня «Центр междисциплинарных исследований человеческого потенциала», координатором которого является НИУ ВШЭ, провел заседание Международного наблюдательного совета и представил результаты работы за 2020–2022 годы и планы на 2023–2025 годы, среди которых фундаментальные и прикладные исследования в области развития человеческого потенциала, создание уникальных эмпирических баз данных для разработки доказательной социальной и экономической политики, внедрение цифровых подходов в гуманитарные и социальные науки.