КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 19-77-10044

НазваниеИндикаторы морфолитогенеза прибрежно-шельфовой зоны арктических морей России

РуководительУльянцев Александр Сергеевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2024 

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (41).

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-513 - Морская геология, литология, сейсмостратиграфия и геохимия донных отложений

Ключевые словаАрктика, шельф, донные осадки, керны бурения, подводная мерзлота, органическое вещество, молекулярные маркеры, четвертичное осадконакопление, геофизическое профилирование, биостратиграфия, гранулометрия, минеральный состав, биогенные элементы.

Код ГРНТИ38.33.17

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Арктика является зоной приоритетных национальных интересов России, и обеспечение социально-экономической и оборонной деятельности напрямую зависит от изученности этого стратегически важного региона. Освоение и использование арктического пространства Российской Федерацией в современных нестабильных экономической и политической обстановках являются весьма актуальной проблемой. Прибрежно-шельфовая зона представляет собой сложную природную систему, а в районах ее активного хозяйственного освоения – природно-техногенную систему, функционирование и эволюция которой определяется в первую очередь геолого-геоморфологическими и литолого-геохимическими факторами окружающей среды. Актуальность ее изучения диктуется современными изменениями климата, способствующими деградации многолетнемерзлых толщ, термоабразии берегов, дегазации дна, усилению разгрузки речного и грунтового стока и древнего органического углерода, а также необходимостью прогноза опасных природных и антропогенных явлений на шельфе. Планируемая эксплуатация Северного Морского пути, развитие ресурсодобывающей и транспортно-логистической отрасли, промышленное освоение биологических ресурсов акцентируют внимание на комплексных геолого-геохимических исследованиях морского дна на шельфе арктических морей России как важнейшего транзитно-логистического элемента в системе связей и коммуникаций Российской Арктики. Настоящий проект посвящен изучению современной морфолитодинамики и обстановок осадконакопления в акваториях арктического шельфа России. Главной задачей проекта является междисциплинарная характеристика позднечетвертичного морфолитогенеза прибрежно-шельфовой зоны арктических морей России по комплексу литолого-геохимических, органо-химических и стратиграфических индикаторов. В основе проекта лежит комплексное исследование донных осадков, сочетающее геологические, литолого-геохимические, биостратиграфические, органо-химические подходы, учитывающие региональные особенности осадконакопления и происходящие природно-климатические изменения. Проект предусматривает ряд фундаментальных подходов и оригинальную методологию, включающую отбор проб, пробоподготовку, химические анализы и интерпретацию результатов обработки собранного фактического материала. В ходе выполнения проекта ожидается получить новые данные, объем которых позволит надежно охарактеризовать особенности современной литодинамики и обстановок осадконакопления в исследуемых районах Баренцева, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского морей. Междисциплинарная интерпретация полученного комплекса данных позволит достоверно оценить ключевые литодинамические и седиментационные параметры изучаемых акваторий, выявить наиболее информативные индикаторы природных процессов на шельфе. Новая информация по литологическим, органо-химическим, стратиграфическим характеристикам осадочного чехла, а также молекулярным, элементным и изотопным характеристикам органического вещества позволит оценить генезис осадочного материала, пути его поступления, степень диагенеза, условия седиментации и скорости накопления. Новизна, научная значимость и масштабность решения поставленных в проекте задач состоит в существенном расширении знаний по индикаторам природных процессов в Арктике, строению и свойствам толщ отложений и потоков в системе «суша–шельф–океан» в условиях изменений климата и увеличивающейся антропогенной нагрузки. Результаты исследований актуальны при прогнозировании климатических рисков, планировании и организации добычи полезных ископаемых и навигации в Северном Ледовитом океане. Сравнение предлагаемой работы с мировым уровнем позволяет отметить, что многие результаты будут получены впервые, а предлагаемый проект имеет международный статус и высокую значимость решения поставленных задач.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта ожидается получить новые данные, объем которых позволит надежно охарактеризовать особенности современной литодинамики и обстановок осадконакопления в исследуемых районах шельфа Арктики (Баренцево, Восточно-Сибирское, Лаптевых, Карское моря). Междисциплинарная интерпретация полученного комплекса данных позволит достоверно оценить ключевые литодинамические и седиментационные параметры изучаемых акваторий, выявить наиболее информативные индикаторы природных процессов на шельфе. На основе элементного, изотопного и молекулярного состава органического вещества донных осадков будет создана интегральная картина распределения органического (Сорг) и карбонатного (Скарб) углерода, C/N отношения, d13C, d15N. Соотношение стабильных изотопов углерода (13C/12C) в донных осадках позволит оценить дальность распространения терригенного ОВ и вклад автохтонных и аллохтонных источников. Соотношение изотопов азота (15N/14N) в свою очередь позволит отличить антропогенные потоки ОВ от природных, оценить влияние бентосной фауны на состав ОВ и степень загрязнения исследованных акваторий. По молекулярному составу н-алканов на основе расчётных молекулярных индексов будут оценены генезис ОВ, соотношение терригенных и аквагенных компонентов, степень его микробной биодеградации. Гранулометрический состав осадков и рассчитанные на его основе статистические данные (коэффициенты сортировки, средний диаметр, величина асимметрии, удельная площадь поверхности) позволят охарактеризовать происхождение осадочного вещества, седиментационные процессы и механизмы, участвующие в осадконакоплении. Биостратиграфические данные (видовой состав бентосных фораминифер, их изотопный состав, абсолютные датировки карбонатных остатков) в совокупности с литологическими и органо-химическими результатами позволят идентифицировать в осадочных профилях стадии позднечетвертичных криохронов и интерстадиалов. На основе результатов элементного состава будет создана интегральная картина распределения макроэлементов в исследованных донных осадках. Будут рассчитаны индикаторные элементные соотношения и, отражающие вещественно-генетический состав осадочного материала и его потоки. Расчетные литохимические модули (гидролизатный, титановый, алюмокремниевый, железный, фемический, щелочной, натрий-калиевый), позволят определить характерные хемотипы отложений. Анализ состава минералов наряду с элементными характеристиками позволит оценить природу и генезис осадочного вещества, установить преобладающие коры выветривания. Результаты акустического сейсмопрофилирования и широкополосного многолучевого эхолотирования являются основой характеристики дна исследованных полигонов и позволят выявить специфические структуры микрорельефа в точках взятия осадочных кернов и охарактеризовать их происхождение. Сопоставление этих результатов с геологическими и геохимическими данными позволит надежно интерпретировать полученные результаты. По комплексу литолого-геохимических и органо-химических индикаторов и стратиграфических данных будет выполнен анализ обстановок позднечетвертичного осадконакопления и генезиса осадочного материала. Будут определены ведущие процессы в формировании современного рельефа дна исследованных акваторий. По совокупности полученных в ходе выполнения проекта геологических, геохимических и геофизических данных будет расширен информационный потенциал индикаторов с акцентом на молекулярный и изотопный состав ОВ. Будут предложены собственные расчетные характеристики, позволяющие маркировать среду и условия осадконакопления. Завершающим этапом проекта является обобщение и комплексный анализ полученных литологических, геохимических и биостратиграфических данных, по совокупности которых будут охарактеризованы потоки, участвующие в осадконакоплении, и проведён анализ динамических обстановок литогенеза в исследованных акваториях прибрежно-шельфовой зоны арктических морей России. По результатам обобщения будет опубликовано не менее 9 статей в рецензируемых журналах, 8 из которых – в журналах, индексируемых базами «Скопус» и/или «Сеть науки». Полученные результаты будут основой для совершенствования комплекса информативных индикаторов природных процессов на шельфе Арктики с учётом региональной специфики осадконакопления и морфолитогенеза. Созданный на основе результатов предлагаемого проекта уникальный банк данных послужит основой для публикаций в высокорейтинговых журналах и станет базисом для создания концепции развития рельефа дна и осадочной толщи арктических морей России и совершенствования вещественно-генетической классификации донных осадков. Достижимость решения поставленных задач и возможность получения запланированных результатов обоснованы успешно реализованным методологическим подходом, заключающимся в четкой стадийности обработки исследуемого фактического материала от отбора проб и пробоподготовки до интерпретации результатов, имеющимся в распоряжении коллектива научным оборудованием и владением современными химико-аналитическими методами. Получение запланированных в Проекте 2022 новых результатов гарантировано должной квалификацией и опытом членов коллектива, достаточным объемом фактического материала, собранного участниками коллектива в различных районах арктических морей России, возможностью участия в экспедициях в Арктику для сбора нового материала для исследований. Значимость результатов предлагаемого проекта определяется многоуровневым подходом, междисциплинарностью и международным уровнем решения задач в ключевом для России регионе. Результаты проекта актуальны для решения широкого круга задач в области морской геологии, геохимии, геоморфологии, океанологии, литологии, экологии. Новая информация и выводы по составу и генезису осадочного вещества и органического углерода в совокупности с литологическими и геофизическими данными позволит объективно оценить происхождение донных осадков и условия его седиментации, расширить информационный потенциал ОВ и показать его значение. Научная значимость и масштабность ожидаемых результатов заключается в существенном расширении знаний по индикаторам природных процессов в Арктике, строению и свойствам толщ отложений и потоков в системе «суша–шельф–океан» в условиях изменений климата и увеличивающейся антропогенной нагрузки. Результаты исследований актуальны при прогнозировании климатических рисков, планировании и организации добычи полезных ископаемых и навигации в Северном Ледовитом океане.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В отчетном году выполнены анализы гранулометрического состава, концентрации органического (Сорг) и неорганического (Скарб) углерода донных осадков, поднятых со дна Чаунской губы Восточно-Сибирского моря в 60 рейсе НИС «Академик Опарин». Выполнено обобщение накопленных данных по концентрации углерода в поверхностных донных осадках Чаунской губы, собранных в 78 рейсе НИС «Академик М.А. Лаврентьев» (2016 г.) и в 60 рейсе НИС «Академик Опарин» (2020 г.). По полученным данным построена карта-схема пространственного распределения гранулометрических типов осадков и Сорг в окисленном, смешанном и восстановленном слоях верхней 20-сантиметровой толще донных осадков. Комплекс полученных в результате исследования данных позволил охарактеризовать пространственную изменчивость гранулометрических и органо-химических характеристик, на формирование которой в первую очередь оказали региональные физико-географические особенности исследованной акватории, литодинамика и генезис осадочного материала. Выявленная здесь зональность гранулометрических типов осадков сопряжена с рельефом дна и согласуется с областями влияния речного стока и термоабразии, направлением течений. Зафиксированный тренд снижения массовой доли песка при переходе от окисленного слоя к восстановленному, сопровождающийся взаимным ростом вклада более тонкозернистых фракций и снижением среднего диаметра частиц, свидетельствует об активации в современных условиях терригенных (речных и термоабразионных) потоков, несущих большие количества песчаного материала. Это подтверждает наблюдаемые в настоящее время тренды изменчивости природной среды Арктики, чаще всего связываемые с колебаниями климата. Учитывая незначительную биопродуктивность акватории Чаунской губы, анализ рассчитанных гранулометрических параметров позволяет заключить, что для исследованных осадков характерны выраженная полимиктовость и кластическое происхождение. Пространственная изменчивость концентрации Сорг в свою очередь согласуется с гранулометрическим составом исследованных осадков. Эта изменчивость согласуется с физико-географическими характеристиками и геологическим строением береговой зоны Чаунской губы. Практически нулевая карбонатность исследованных донных осадков, свойственная осадкам прибрежно-шельфовой зоны Арктики, свидетельствует о крайне низкой биомассе в осадках бентосных фораминифер, а также отражает доминирование в Чаунской губе терригенных потоков. Вертикальная изменчивость содержания Сорг в осадках в пределах верхнего 20-сантиметрового слоя, в свою очередь, отражает постепенное позднеголоценовое усиление терригенных седиментационных потоков в современных активно меняющихся условиях природной среды Арктики. Этот вывод был подтвержден изменчивостью гранулометрических характеристик исследованных осадков. В результате микропалеонтологического исследования донных осадков Чаунской губы были идентифицированы 32 вида бентосных фораминифер (12 с агглютинированным скелетом, 20 с известковым), из которых 27 видов живых особей (11 с агглютинированным скелетом, 16 с известковым) и 29 видов (11 с агглютинированным скелетом, 18 с известковым) мертвых особей. Планктонных таксонов обнаружено не было. Видовое разнообразие варьируется от 2 до 15 видов в пробе при численности фораминифер 0.2–84 раковин (ср. 20) в 1 грамме сухого осадка. Отмечен пониженный вклад мертвых фораминифер по сравнению с живыми особями, на долю которых приходится 34–84 (ср. 57) % от общей численности фораминифер в осадках. Для доминантного теплолюбивого вида E. clavatum соотношение отмечаются максимальные соотношения Ж/М (до 4.3) Такая картина, во-первых, свидетельствует об интенсивном растворении карбонатных раковин после смерти организмов, что подтверждается нулевой карбонатностью исследованных осадков. Во-вторых, это отражает благоприятные условия для функционирования донных сообществ фораминифер, а также их отдельных видов, на дне акватории Чаунской губы. В отчетном году завершены анализы катионного (натрий, калий, кальций, магний) и анионного (хлориды, сульфаты) состава водных вытяжек из донных осадков керна ANS41-32, поднятого со дна юго-западной части Карского моря с глубины 97 метров. Проведен сравнительный анализ степени экстракции очищенной водой и 0,1 М раствором ацетата аммония, по результатам которого рассчитана степень водоизвлечения катионов и анионов из осадков. Также проведен сравнительный анализ ионного состава поровых вод осадков профиля ANS41-32 с ранее изученными осадками керна ANS41-34, поднятого в том же полигоне с более глубоководного участка (179 м). Расстояние между точками взятия кернов составило 3 км. По сравнению с ранее изученным керном ANS41-34, степень водоизвлечения ионов из осадков ANS41-32 заметно выше, но колеблется в более узких диапазонах. По-видимому, это связано с различиями литологического состава изученных донных осадков, вызванными изменчивостью условий седиментации. Средняя концентрация Na+ в поровой воде заметно выше, а интервалы концентраций ионов натрия и хлора, наоборот, уже. Для остальных катионов и анионов средние значения их концентрации близки между собой. Как и в случае с керном ANS41-34, колебания концентрации катионов и анионов, а также солености (по NaCl) профиля ANS41-32 согласуются с изменчивостью гранулометрического состава донных осадков. Сравнительный анализ осадочных кернов ANS41-32 и ANS41-34, поднятых со дна юго-западной части Карского моря с глубины 97 и 179 метров, выявил различия в гранулометрическом составе осадков и комплексах бентосных фораминифер. Общим для исследованных кернов является литологическое описание осадков. Они представлены пелитовыми илами с биотурбационной текстурой, с включениями гидротроилита в восстановленном слое. Мощность окисленного и переходного слоя сравнительно большая (28 и 38 см), что указывает на активное перемещение придонных водных масс, обогащенных кислородом. По всей длине кернов отмечаются мощные скопления гидротроилита характерного темно-серого цвета, маркирующие активный хемосинтез бактерий. В отчетном году были получены новые данные по составу стабильных изотопов углерода (δ13C) донных отложениях, поднятых в 38 и 41 рейсах НИС «Академик Николай Страхов» в южной части Баренцева и западной части Карского морей. Было проведено сопоставление полученных изотопно-геохимических данных с литологическим описанием осадков, концентрацией (Сорг) и элементным составом (C/N) органического вещества. Полученные результаты отражают спокойную динамику осадконакопления и поступления органического вещества в южной части Баренцева моря близ п-ова Рыбачий. В западной части Карского моря в Новоземельском желобе зафиксирована выраженная среднеголоценовая смена потоков органического вещества с продукционных на терригенные, что вызвано мощным флювиогляциальным сбросом с Новой Земли. По результатам выполнения проекта в отчетном году опубликовано/принято в печать три статьи в журналах, индексируемых базами данных WoS и Scopus, а также подготовлены и направлены в печать три рукописи. По полученным данным и обобщению ранее полученных результатов сделан устный доклад «Индикаторы биогеохимических процессов в океане» на XI Международной научно-практической конференции «Морские исследования и образование (MARESEDU-2022)».

 

Публикации

1. Романкевич Е.А., Ветров А.А., Ульянцев А.С. Органическое вещество в океане. Индикаторы биогеохимических процессов Океанология, Т.63, №5 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S0001437023070159

2. Ульянцев А.С. Сравнительный анализ минеральных ассоциаций донных отложений губы Буор-Хая Океанология, Т.63, №5 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S0001437024010120

3. Ульянцев А.С., Стрельцова Е.А., Чаркин А.Н. Lithological and granulometric data for the upper sedimentary layer of the Chaun Bay, East Siberian Sea Data In Brief, V.46.108813 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.dib.2022.108813