Ледово-экзарационный рельеф Баренцево-Карского шельфа

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 проекта 21-77-20038

НазваниеЛедово-экзарационный рельеф Баренцево-Карского шельфа

Руководитель Кокин Осип Викторович, Кандидат географических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геологический институт Российской академии наук , г Москва

Конкурс №51 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-702 - Геоморфология

Ключевые слова Экзарация, борозда выпахивания, айсберг, торос, стамуха, лед, дрейф, донные отложения, гидролокатор бокового обзора, эхолот, акустический профилограф

Код ГРНТИ37.29.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Ледово-экзарационный рельеф формируется при контакте дрейфующих ледяных образований (торосов и айсбергов) с морским дном. В результате формируются специфические формы – борозды выпахивания (если контакт с дном не останавливает дрейф ледяного образования) и котловины/ямы выдавливания (если контакт с дном останавливает дрейф ледяного образования, которое оказывается сидящим на мели). Айсберговая и ледовая опасность является природным риском освоения шельфа Арктики и Северного морского пути (СМП), неблагоприятно сказывающимся на строительстве и эксплуатации сооружений на Баренцево-Карском шельфе и следовании судов по трассе СМП. В связи с этим изучение и лучшее понимание процессов ледового выпахивания дна, особенно на фоне климатических изменений, стало актуальным в настоящее время как никогда. Именно этому посвящен настоящий проект, в рамках которого предполагается проведение комплексной съемки рельефа Баренцево-Карского шельфа с борта НИС «Академик Сергей Вавилов» с целью выявления следов ледового воздействия. Съемка дна будет проводиться гидролокатором бокового обзора, эхолотом и акустическим профилографом. Гидролокационная съемка позволит дешифрировать на дне количество ледово-экзарационных микроформ, их ширину и ориентировку. Эхолотный промер даст профиль и глубину борозд выпахивания и высоту бортиков обваловки. Акустический профилограф позволит получить разрез верхней части донных осадков и оценить степень заносимости борозд выпахивания. Повторные съемки рельефа дна на ключевых галсах и полигонах в ходе 3-х рейсов НИС «Академик Сергей Вавилов» позволят оценить динамику и интенсивность современного процесса выпахивания морского дна ледяными образованиями. Будут получены данные о количестве и размерах новообразованных форм ледово-экзарационного рельефа, что поможет судить о современной направленности процесса Одной из особенностей проекта является изучение возраста донных отложений и скорости осадконакопления в бороздах ледового выпахивания. Использование метода датирования осадков по активности избыточного 210Pb является научной новизной проекта, что позволит отделить друг от друга реликтовые и современные формы ледово-экзарационного рельефа, установить их характерные размеры, степень заносимости и приуроченность к разным глубинам и районам. Особое внимание будет уделено изучению районов образования айсбергов – вблизи фронтов выводных ледников, спускающихся в море. По результатам дешифрирования космоснимков и наблюдения за радио буями будут получены оценки айсбергового стока выводных ледников, пути дрейфа торосов, ледяных полей и айсбергов. Предполагается выявить взаимосвязь между морфологией следов, рельефом дна и формой фьордов (наличием порогов, изгибов, переуглублений и т.п.) и размерами айсбергов. Полученные в рамках проекта количественные оценки закономерностей пространственного распространения ледово-экзарационного рельефа в зависимости от внешних условий могут быть использованы при планировании стратегии хозяйственного освоения шельфа и при рекомендациях проектировщикам для улучшения инженерных решений при строительстве различных объектов на шельфе (трубопроводы, буровые и добычные платформы и т.д.). Выявление пространственно-временных закономерностей формирования ледово-экзарационного рельефа на шельфе позволит оценить влияние климатических изменений и колебаний уровня моря на процесс образования торосов и айсбергов, а, в дальнейшем, — разработать прогнозы их воздействия на дно при различных климатических сценариях.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кокин О.В., Архипов В.В., Мазнев С.В., Мещеряков Н.И. Исследование ледово- экзарационного рельефа юго-западной части Карского моря в 52 рейсе НИС «Академик Николай Страхов» Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Санкт-Петербург, Выпуск 8. С. 97-100 (год публикации - 2021)
10.24411/2687-1092-2021-10816

2. Мещеряков Н.И., Усягина И.С., Кокин О.В. 210Pb датирование кернов донных отложений бассейна Северного Ледовитого океана в районах активного дрейфа айсбергов Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Санкт-Петербург, Выпуск 8. С. 148-154 (год публикации - 2021)
10.24411/2687-1092-2021-10824

3. Никифоров С.Л., Сорохтин Н.О., Ананьев Р.А., Дмитревский Н.Н., Мороз Е.А., Кокин О.В. Research in Barents and Kara Seas during Cruise 52 of the R/V Akademik Nikolaj Strakhov Oceanology, 62 (3), 433-434 (год публикации - 2022)
10.1134/S0001437022030079

4. Мазнев С.В., Кокин О.В., Архипов В.В., Баранская А.В. Modern and relict evidence of the iceberg scouring of the Barents and the Kara sea bottom Oceanology, 63 (1), 95–107 (год публикации - 2023)
10.31857/S0030157423010112

5. Мещеряков Н.И., Усягина И.С., Архипов В.В., Мазнев С.В., Слуковский З.И., Сухих Е.А., Кокин О.В. Опыт 210Pb и 137Cs датирования отрицательных форм микрорельефа Баренцево-Карского шельфа: методические аспекты Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России, Выпуск 9. С. 170-174 (год публикации - 2022)
10.24412/2687-1092-2022-9-170-174

6. Мещеряков Н.И., Усягина И.С., Архипов В.В., Мазнев С.В., Кокин О.В. Первые результаты определения абсолютного возраста ледово-экзарационной борозды в районе Байдарацкой губы Карского моря Сборник тезисов второй всероссийской научной конференции (с международным участием) «Геохронология четвертичного периода: инструментальные методы датирования новейших отложений», С. 56 (год публикации - 2022)

7. Мазнев С.В., Кокин О.В., Баранская А.В., Огородов С.А. Изменение условий ледового выпахивания в морях российской Арктики в связи с потеплением климата XXIX Береговая конференция: Натурные и теоретические исследования - в практику берегопользования: сборник материалов Всероссийскуой конференции с международным участием, С. 136-138 (год публикации - 2022)

8. Кокин О.В., Архипов В.В., Мещеряков Н.И., Ананьев Р.А., Слуковский З.И., Сухих Е.А. Исследование ледово-экзарационного рельефа юго-западной части Карского моря и северо-восточной части Баренцева моря в 51 рейсе НИС «Академик Борис Петров» Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России, Выпуск 9. С. 123-127 (год публикации - 2022)
10.24412/2687-1092-2022-9-123-127

9. Кокин О., Усягина И., Мещеряков Н., Ананьев Р., Архипов В., Кириллова А., Мазнев С., Никифоров С., Сорохтин Н. Pb-210 Dating of Ice Scour in the Kara Sea Journal of Marine Science and Engineering, 11(7), 1404 (год публикации - 2023)
10.3390/jmse11071404

10. Кокин О., Мазнев С., Архипов В., Мороз Е., Сухих Е., Ананьев Р., Никифоров С., Сорохтин Н., Верняев С. The distribution of maximum ice scour sizes by sea depth at the seabed of the Barents and Kara Seas Proceedings of the International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, POAC, 2023-June, 191575 (год публикации - 2023)

11. Никифоров С.Л., Сорохтин Н.О., Ананьев Р.А., Дмитревский Н.Н., Мороз Е.А., Росляков А.Г., Кокин О.В. Geological, Geophysical, Geomorphological, and Hydrophysical Investigations in the Barents and Kara Seas during Cruise 51 of the R/V Akademik Boris Petrov in 2022 Oceanology, 63 (5), 749–751 (год публикации - 2023)
10.1134/S0001437023050089

12. Мазнев С.В., Кокин О.В., Архипов В.В., Мороз Е.А., Денисова А.П., Ананьев Р.А., Никифоров С.Л., Сорохтин Н.О., Годецкий С.В. The morphometry of iceberg scours in the south-western part of the Kara sea (according to cruise 52 of the R/V Akademik Nikolaj Strakhov) Oceanology, Vol. 64, No. 3, pp. 435–445 (год публикации - 2024)
10.1134/S0001437024700103

13. Сухих Е.А., Кокин О.В., Росляков А.Г. , Ананьев Р.А., Архипов В.В. Lithological and mineralogical characteristic of the bottom sediments in the areas of ice scouring in the south-western Kara Sea Lithology and Mineral Resources, Vol. 59, No. 2, pp. 117–135 (год публикации - 2024)
10.1134/S0024490223700487

14. Кокин О., Мещеряков Н., Усягина И., Архипов В., Мазнев С. Little Ice Age iceberg plughmark at the bottom of the Kara Sea EUCOP6. Book of Abstracts. Puigcerda. 18-22 June 2023, EUCOP6, p. 467 (год публикации - 2023)
10.52381/EUCOP6.abstracts.1

15. Кокин О.В., Мещеряков Н.И., Ананьев Р.А., Денисова А.П., Сорохтин Н.О. Исследование ледово-экзарационного рельефа Карского моря в 56 рейсе НИС «Академик Николай Страхов» Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России, 10, с. 123-129 (год публикации - 2023)
10.24412/2687-1092-2023-10-123-129

16. Мещеряков Н.И., Усягина И.С., Ананьев Р.А., Денисова А.П., Иванова Н.С., Кириллова А.В., Сорохтин Н.О., Кокин О.В. Оценка возраста ледово-экзарационных борозд Байдарацкой губы Карского моря Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России, 10, с. 201-205 (год публикации - 2023)
10.24412/2687-1092-2023-10-201-205

17. Мещеряков Н.И., Усягина И.С., Иванова Н.С., Ананьев Р.А., Крылов А.А., Сухих Е.А., Лукша В.Л., Сорохтин Н.О., Денисова А.П., Кокин О.В. Осадконакопление на северо-западе Ямальского шельфа в позднем голоцене, аспекты экстраполяции по данным последнего столетия Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России, Выпуск 11, с. 232-236 (год публикации - 2024)
10.24412/2687-1092-2024-11-232-236

18. Сухих Е.А., Кокин О.В., Мороз Е.А. Микротекстуры донных осадков окраинных зон оледенения на примере восточного борта Восточно-новоземельского желоба Современные вопросы литологии и морской геологии – 2024. Наука. Обучение. Практика. Материалы научно-практического форума, посвященного 270-летию МГУ имени М. В. Ломоносова, с. 222-225 (год публикации - 2024)
10.29003/m4194.978-5-317-07258-2

19. Никифоров С.Л., Сорохтин Н.О., Ананьев Р.А., Дмитревский Н.Н., Денисова А.П., Лукша В.Л., Мещеряков Н.И. Investigations of the Western Arctic Shelf of Russia during the Cruise 56 of the R/V Akademik Nikolaj Strakhov Oceanology, Vol. 64, No. 5, pp. 737–739 (год публикации - 2024)
10.1134/S0001437024700413

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Выполненные работы и полученные научные результаты за четвертый год проекта: 1) В результате статистического анализа морфометрических параметров борозд СВ части Карского моря, отдешифрированных вдоль маршрута рейса 2023 г. были получены следующие результаты. Борозды обнаружены на глубинах от 20 до 420 м. Максимальная глубина борозд составляет 10,0-10,5 м (район желоба Воронина) и 14,5 м (центральная-восточная часть трога Св.Анны), а в среднем 3-5 м. К тому же участку приурочена и максимальная ширина борозд (250 м). В среднем они составляют около 100 м, при этом на нескольких участках она не превышает 60 м. К С от арх. Норденшельда выявлены самые маленькие (из измеренных) борозды: они не превышают 1,5 м в глубину и 30 м в ширину. Большая часть маршрута пришлась на участки, где борозды отсутствуют или единичны. При этом, чем выше плотность, тем реже встречаются такие участки. Наибольшая плотностьборозд приурочена к верховьям трогов Св.Анны, Воронина и прол. Вилькицкого и Шокальского или их склонам. Наиболее крупные борозды также отмечены в верховьях трога Св.Анны, вблизи районов современного и, вероятно, прошлого айсбергообразования. На остальных участках в среднем борозды имеют меньший размер, за исключением отдельных крупных экземпляров. Наименее затронут айсберговыми воздействиями участок вдоль побережья Таймыра. Существующие течения не способствуют проникновению айсбергов в этот район, а устойчивый припай препятствует проникновению сюда морских ледяных образований. Основные направления борозд совпадают с направлениями дрейфа айсбергов с Новой Земли и Северной Земли. 2) Была изучена крупная борозда выпахивания (глубиной до 5 м, шириной до 70 м и видимой длиной до 4,5 км), располагающаяся на З склоне Центрального Карской возвышенности (к Ю от о. Визе) на глубине ок. 120 м. Были проведены радиометрический и гранулометрический анализы колонок донных отложений, отобранных как в самой борозде (длина 75 см), так и в 155 м от нее, на фоновой поверхности (длина 30 см), не нарушенной ледово-экзарационными процессами. Анализ сейсмоакустических профилей в месте отбора колонок позволил оценить мощность заполнения борозды осадками в этом месте в 3 м. Следовательно, исходная глубина борозды в месте отбора проб достигала 8 м. Скорость осадконакопления с начала 20 в. была определена с использованием неравновесного 210Pb. В этот период в борозде накопилось больше осадков, чем вне борозды (38 см за 119 лет и 24 см за 100 лет соответственно). Таким образом, средняя скорость в борозде составляла 0,32 см/год, а вне борозды средние темпы седиментации были ниже (0,24 см/год). Однако, скорости были не всегда равномерны на протяжении последних 100-120 лет. Так, к периоду формирования в обеих колонках слоя 6-8 см (1967-1968) скорость в борозде, наоборот, оказалась меньше, чем вне борозды, причем в 1,7 раз (0,11 см/год и 0,19 см/год соответственно). Верхние 6 см в обеих колонках накопились практически синхронно (ок. 0,1 см/год). Таким образом, за последние 100-120 лет происходило уменьшение скорости осадконакопления. Причем в борозде амплитуда изменений имела большую величину. Вывод об уменьшении скоростей осадконакопления в последние десятилетия, является неожиданным, т.к. существует представление о том, что темпы седиментации увеличиваются в результате потепления климата и сопутствующего ему повышенного поступления наносов в бассейны седиментации. Учитывая положение изученных колонок в северной части Карского моря, вблизи средней многолетней границы дрейфующих льдов в августе, можем предположить, что здесь потепление климата, наоборот, приводит к уменьшению темпов седиментации, вероятно, в результате активизации гидродинамики вслед за отступанием летней кромки льда. Участки дна, которые ранее являлись зонами устойчивой аккумуляции могли стать зонами частичного транзита. Важно отметить, что именно здесь проходит Обь-Енисейское течение, которое выносит водные массы от устьев крупных рек, поставляющих в Карское море огромные объемы наносов, в Арктический бассейн. Очевидно, изменение многолетней динамики площади морских льдов могло сказаться и на динамике морских течений как поверхностных, так и придонных. Поскольку 210Pb датирование показало, что верхние 38 см из 3-хметровой толщи, заполняющей борозду, накопились примерно за 120 лет, нижележащие отложения имеют мощность в 6,9 раз превышающую мощность верхней толщи («коэффициент толщи ниже равновесия»). Если экстраполировать установленную в Восточно-Новоземельском желобе диспропорцию темпов седиментации в толщах выше и ниже равновесия 210Pbизб (коэффициент 4,9 при возрасте борозды заведомо более 10 тыс. лет), то возраст борозды к Ю от о. Визе должен быть в 1,4 раза больше, т.е. более 14 тыс. лет, что может соответствовать последнему ледниковому максимуму. Кроме того, такой вывод может объяснять большие размеры сформированной борозды (исходная глубина до 8 м). На наш взгляд, такой подход к оценке возраста борозд более убедительный, чем экстраполяция современных скоростей осадконакопления на мощность отложений, заполняющих древние борозды, при которой возраст борозды должен составить около 950 лет, т.е. 11 в. Маловероятно, что в средневековом климатическом оптимуме, в Карском море существовали айсберги с килями до 130 м, способные сформировать борозды глубиной 8 м, т.е. примерно в то же время, когда викинги плавали к Гренландии. 3) Донные отложения в борозде выпахивания к Ю от о. Визе на глубине ок. 120 м представлены исключительно песчанистым илом. В слоях 16-20 см имеются включения единичных плохоокатанных зерен гравия. Наличие песка и гравия, несмотря на удаленность от берега и существенную глубину моря, связано, видимо, с Обь-Енисейским течением, которое приносит сюда от устьев крупных рек широкие поля припайного льда, который может содержать включения как речной взвеси, так и эолового материала. 4) В ходе анализа и обобщения результатов районирования ледово-экзарационного рельефа Баренцево-Карского шельфа вдоль судовых маршрутов 3 рейсов было установлено, что борозды выпахивания размещены на морском дне неравномерно, но при этом не хаотично, а в соответствии с рядом закономерностей, часто образуя ареалы своего распространения (или «популяции»), характеризующиеся определенными морфометрическими свойствами рельефа. К таким свойствам в первую очередь относятся абсолютная высота различных участков поверхности дна (т.е. глубина моря или батиметрия) и их экспозиция. В меньшей степени, к таким свойствам можно отнести уклон поверхности. Экстраполируя в сторону от линии судового маршрута морфометрические свойства рельефа дна, характерные районам с определенной плотностью борозд выпахивания, была впервые построена карта районирования ледово-экзарационного рельефа Баренцево-Карского шельфа, которая по сути является главным итогом работ проекта по изучению ледово-экзарационного рельефа Баренцево-Карского шельфа с помощью геофизической съемки морского дна, выполненных в рамках 3-х рейсов на судах ИО РАН.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Полученные результаты имеют высокую научную и общественную значимость для целей рационального хозяйственного освоения ресурсов шельфа Российской Арктики и эксплуатации Северного морского пути: - для комплексной оценки при выборе площадки строительства инфраструктурных объектов; - в подготовке таких документов, как, например, "Декларация о намерениях" в процессе формирования инвестиционного замысла; - для планирования изысканий на стадии разработки предпроектной и проектной документации; - для выбора правильных инженерных решений при строительстве гидротехнических сооружений (буровых платформ, подводных трубопроводов и др.), а также для разработки комплекса мероприятий для их безопасной эксплуатации; - для прогноза изменчивости процессов седиментации под влиянием климатических изменений. Создание новой или усовершенствование производимой продукции, новых или усовершенствованных применяемых технологий на данном этапе не планируется. В результате выполнения проекта создан научный задел, который может помочь рационализировать процесс освоения арктического шельфа, а следовательно, может обеспечить экономический рост и социальное развитие РФ.