Потоки и генезис органического вещества в системе суша-шельф в Российской Арктике: климатическая роль деградации мерзлоты

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 21-77-30001

НазваниеПотоки и генезис органического вещества в системе суша-шельф в Российской Арктике: климатическая роль деградации мерзлоты

Руководитель Семилетов Игорь Петрович, Доктор географических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край

Конкурс №53 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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

Ключевые слова осадконакопление, потоки углерода, углеводородный потенциал, метан, подводная мерзлота, Арктика, шельф, климат, мобилизация древнего углерода

Код ГРНТИ38.33.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Данный проект направлен на выявление характерных особенностей осадконакопления, а именно: 1) количественную оценке потока терригенного ОВ в системе суша-шельф в настоящем и прошлом, 2) оценку вклада ОВ наземного и морского генезиса, 3) оценку УВ потенциала ОВ. Особое внимание будет уделено выявлению особенностей вклада ОВ речного и эрозионного происхождения вследствие вовлечения гигантского пула ОВ деградирующей мерзлоты (наземной и подводной) в процессы осадконакопления и биогеохимический режим МРА в настоящем и прошлом. В контексте уточнения климатической роли УВ потенциала осадков МРА и выявления относительного вклада современного метаноообразования - окисления из ОВ деградирующей подводной мерзлоты относительно вклада глубинных источников (гидраты, термогенный и абиогенный метан) важное место в проекте займет выявление положения кровли подводной мерзлоты в районах исследований по авторской методике, изложенной в Nature Communications (Shakhova, Semiletov et al., 2017). Исследования будут проводиться во всех морях Российской Арктики с фокусом в МВА, и восточной части Карского моря (включая прибрежную зону полуострова Ямал, и Обскую губу), в которых находится более 80% подводной мерзлоты шельфа всего СЛО (ACIA, 2004). Район исследований характеризуется обширной площадью (>3.0 млн. км2 - около 50% площади всего шельфа СЛО), мощной осадочной толщей, содержащей «супер-пул» УВ (Gramberg et al., 1983; Gautier et al., 2009), а также разнообразием морфологических и геологических условий. Для понимания механизма разгрузки метана из осадков будет выполнена оценка уровня сейсмической опасности, связанной с геологическими, литодинамическими и геокриологическими процессами путем регистрации слабых сейсмических событий, источниками которых могут быть микроземлетрясения, взрывы, оползни, провалы (проседания/подвижки дна), выбросы газа (Krylov et al., 2019; Лобковский, 2020) Особое внимание будет уделено изучению: 1) транспорта и трансформации наземного ОВ, поступающего в район исследований в результате эрозии берегового ледового комплекса и с речным стоком, что необходимо для понимания оценки фракции наземного ОВ, которая минерализуется в аэробных условиях в водной толще и поверхностных осадках, 2) качества ОВ и этапов его трансформации в ходе диагенеза, катагенеза и метаморфизма. Конечным продуктом этого исследования станет количественная оценка УВ потенциала донных отложений, в первую очередь - метанового (СН4) потенциала, а именно количества СН4, которое 1) может образоваться в результате вовлечения древнего ОВ деградирующей мерзлоты в современный биогеохимический цикл, и 2) уже накоплено в донных осадках арктических морей в масштабе геологических времен (со времени образования мерзлоты), поскольку считается, что наличие газонепроницаемой мерзлоты предотвращает потери газовых компонентов накопленного пула УВ. Это значит, что утрата сплошности ПМ приведет к формированию газо-проводящих путей, мощность которых будет расти, соответственно будет расти и эмиссия газа из донных источников, суммарная мощность которой не может превышать размеров накопленного УВ донных осадков. Отправной гипотезой этого направления исследования будет предположение о том, что максимально возможная продукция СН4 из 1 г ОВ не может превышать 0.45 г метана (Kaplan et al., 1978). Для понимания миграционной способности биогенного СН4 в системе осадки-водная толща будет проведен комплекс микробиологических исследований под руководством Н. Пименова. Впервые будет протестирована гипотеза о роли микробиального метаногенеза в качестве источника метана в арктических морях. Ранее было показано, что в качестве субстрата для микробного метаногенеза в процессе диагенеза может использоваться только водо-растворимая фракция ОВ (ВРОВ), которая составляет 0.1-1% от общего исходного терригенного ОВ (Wagner et al., 2005). Поскольку ОВ наземного происхождения до поступления на шельф проходит стадию диагенетических трансформаций, логично предположить, что значительная доля ВРОВ будет израсходована, что делает ОВ поверхностных осадков трудно-усвояемым для метаногенов. Оставшаяся часть ОВ, точнее его щелочно-растворимая фракция, преобразовывается в метан и другие УВ компоненты в процессе катагенеза и метаморфизма (Kaplan et al., 1978). В рамках проекта планируется изучить молекулярный состав каждой из фракций и выявить метаболические взаимосвязи между молекулярным составом экстрактов ОВ в растворенной форме и гуминовых веществ донных отложений по характеру их расположения на векторах конденсации, окисления, и диметилирования (Kim et al., 2003). Для оценки генерационного качества ОВ и уровня его термической зрелости будет использован пиролитический метод, дополненный детальными геохимическими исследованиями, принятыми в исследованиях УВ потенциала нефтегазовых месторождений. Детальное описание подходов и методов приведено в авторской работе (Гринько и др., 2020) и в разделе 4.7. Полученное в ходе настоящего исследования новое знание о закономерностях трансформации ОВ в характерных районах обширного шельфа МВА и прилежащей части Карского моря позволит развить модель деградации ПМ в контексте прогнозирования вовлечения ОВ и УВ пула осадочной толщи в современный биогеохимический цикл. Данная модель модифицируется авторским коллективом (совместно с группой, основанной проф. Н.Н. Романовским в 1990х) начиная с конца 1990х - 2000х годов (Типенко и др., 1998; Романовский и др., 2005; Tumskoy et al., 2002; Nicolsky and Shakhova, 2010; Nicolsky et al., 2012; Romanovskii et al., 2000; Shakhova et al., 2009, 2014, 2015). Существующий алгоритм расчетов будет модифицирован за счет включения эффектов солевой диффузии (соли поровой воды и солевые рассолы), теплового эффекта стока речных и грунтовых вод (Chuvilin et al., 2019ab; Shakhova et al., 2014, 2019; Frederick and Buffett, 2015, 2016; Charkin et al., 2017), а также за счет включения новых данных о характерных особенностях осадконакопления и о геологической структуре шельфа арктических морей в контексте формирования газовыводящих путей в осадочной толще. Отметим, что имеется договоренность о безвозмездном сотрудничестве в развитии модели деградации ПМ и дестабилизации гидратов с компьютерной группой Д. Фредерик из Университета Беркли-Калифорния (Frederick and Buffet, 2014; 2015, 2016, 2017) и специалистом в области моделирования ПМ проф. Д. Никольским из Университета Аляска Фэрбанкс. Впервые на основе данных наблюдений и моделирования будет выполнена оценка теплового эффекта грунтовых вод на ПМ, а также их роли в контексте переноса на шельф СН4 и двуокиси углерода, синтезированных на суше. Для достижения заявленной цели впервые будут решены следующие задачи: 1) Разделить вклад различных источников в современные потоки СН4 (биогенный, термогенный, абиогенный) на основе анализа изотопной формулы СН4 (13С, dD и 14C), отобранного в районе исследований и последующего моделирования методом Монте-Карло возможных вкладов на основе экспериментально полученных первичных формул (end-member signature); 2) Получить количественные параметры качества ОВ, накопленного на шельфе МВА и прилежащей части Карского моря, для оценки эффективности метаногенеза на разных этапах трансформации ОВ (диагенез, катагенез, метаморфизм). 3) Получить количественные оценки современной биогенной продукции метана в характерных типах донных осадков МВА и прилежащей части Карского моря и изотопную формулу современного метана (современный биогенный метан); 4) Оценить вклад геологического метана (термогенный, метаморфогенный, магматогенный) и путей его миграции в МВА и прилежащей части Карского моря; 5) Оценить роль грунтовых вод как дополнительного фактора, оказывающего отепляющее влияние на ПМ, и транспортного средства для СН4 и других УВ; 6) Оптимизировать и реализовать алгоритм модели современного состояние подводной мерзлоты с учетом новых данных полученных в проекте (экспериментальные, геофизические и геологические); 7) Моделировать и прогнозировать климатическую роль МВА в результате деградации подводной мерзлоты в настоящем и будущем; 8) Выявить и оценить экологические, геоинженерные и экономические последствия мобилизации ОВ и УВ запасов в МВА и другие моря Российской Арктики. Методологический подход данного исследования будет основан на многоуровневом и многокомпонентном анализе комплекса органо-геохимических, биогеохимических, изотопных, микробиологических, геологических и геофизических данных, которые будут интерпретированы и использованы для тестирования и оптимизации целого ряда моделей, взаимоувязанных в единый модельный комплекс. Координация и реализация всех заявленных направлений исследования будет выполняться руководителем проекта в тесном сотрудничестве с ключевыми участниками Л.И. Лобковским, Н.В. Пименовым, Н.Е. Шаховой, и стратегическими партнерами -группами Е.А. Романкевича (ИОРАН) и И.В. Перминовой (МГУ). Реализация данного методического подхода впервые призвана оценить современную и будущую роль арктических морей в региональном и глобальном цикле углерода в контексте выявления потенциала роста эмиссии парниковых газов из арктических морей, что крайне важно для понимания и оценки природной положительной обратной связи между потеплением климата, деградацией подводной и прибрежной мерзлоты, включением в современный цикл древнего углерода мерзлоты, что приводит к усилению эмиссии парниковых газов в атмосферу. Гарантией успешного выполнения проекта является признанная мировая роль авторского коллектива в заявленном направлении, что подтверждается публикациями в Science (1997, 2010), Nature (2012), Nature Geosciences (2014, 2016), Nature Communications (2016, 2017, 2018), Science Advances (2019, 2020-in press), Scientific Reports (2019), и более 200 публикаций в Web of Science за время авторских исследований в Российской Арктике (начиная с 1990х).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мартенс Я., Романкевич Е., Семилетов И., Вилд Б., Ван Донген Б., Вонк Е., Тези Т., Шахова Н., Дударев О., Космач Д. и др. CASCADE – The Circum-Arctic Sediment CArbon DatabasE Earth System Science Data, 13 (6), pp. 2561–2572 (год публикации - 2021)
10.5194/essd-13-2561-2021

2. Черных Д.В., Саломатин А.С., Юсупов В.И., Шахова Н.Е., Космач Д.А., Дударев О.В., Гершелис Е.В., Силионов В.И., Ананьев Р.А., Гринько А.А., Семилетов И.П. Акустические исследования глубоководных газовых факелов Охотского моря BULLETIN OF THE TOMSK POLYTECHNIC UNIVERSITY-GEO ASSETS ENGINEERING, 332. No 10. pp. 57 - 68 (год публикации - 2021)
10.18799/24131830/2021/10/3286

3. ван Лием-Нгуен В., Вилд Б., Густафсоон О., Семилетов И., Дударев О., Джонсон С. Spatial patterns and distributional controls of total and methylated mercury off the Lena River in the Laptev Sea sediments Marine Chemistry, 238, 104052 (год публикации - 2022)
10.1016/j.marchem.2021.104052

4. Бегматов С., Саввичев А.С., Кадников В., Белетский А., Русанов И., Клювиткин А., Новичкова Е., Марданов А., Пименов Н., Равин Н. Microbial Communities Involved in Methane, Sulfur, and Nitrogen Cycling in the Sediments of the Barents Sea Microorganisms, 9(11), 2362 (год публикации - 2021)
10.3390/microorganisms9112362

5. Крылов А.А., Егоров И.В., ...., Лобковский Л.И., Медведев И.П., Семилетов И.П. Ocean-Bottom Seismographs Based on Broadband MET Sensors: Architecture and Deployment Case Study in the Arctic Sensors, 21(12), 3979 (год публикации - 2021)
10.3390/s21123979

6. Пипко И.И., Пугач С.П., Моисеева Ю.А., Дударев О.В., Репина И.А., Сергиенко В.И., Семилетов И.П. Dynamics of dissolved carbon in the mainstem of the Lena River in July 2017 Doklady Earth Sciences, vol. 500, Part 2, pp. 882-889 (год публикации - 2021)
10.1134/S1028334X21100135

7. Клемент Кинни Дж., Ассманн К. М., Масловски В., Бьорк Г., Якобссон М., Юттерстрём С., Ли Ю. Дж., Осински Р., Семилетов И., Ульфсбо А., Вольстрём И., Андерсон Л.Г. On the circulation, water mass distribution, and nutrient concentrations of the western Chukchi Sea Ocean Science Discussion, Preprint os-2021-43 (год публикации - 2021)
10.5194/os-2021-43

8. Колесниченко, Ю.; Колесниченко, Л.Г .; Воробьев, С.Н .; Широкова, Л.С .; Семилетов И.П .; Дударев, О.В .; Воробьев, Р.С.; Шаврина У .; Кирпотин, С.Н .; Покровский, О. Landscape, Soil, Lithology, Climate and Permafrost Control on Dissolved Carbon, Major and Trace Elements in the Ob River, Western Siberia Water, 13(22), 3189 (год публикации - 2021)
10.3390/w13223189

9. Погожева М., Жданов И., Березина Ф., Лапенков А., Космач Д., Осадчиев А., Ханке Г., Семилетов И., Якушев Е. Distribution of floating marine macro-litter in relation to oceanographic characteristics in the Russian Arctic Seas Marine Pollution Bulletin, Volume 166, 112201 (год публикации - 2021)
10.1016/j.marpolbul/2021/112201

10. Осадчиев А., Фрей Д., Спивак Э., Щука С., Тилинина Н., Семилетов И. Structure and inter-annual variability of the freshened surface layer in the Laptev and East-Siberian seas during ice-free periods Frontiers in Marine Science, volume 8 (год публикации - 2021)
10.3389/fmars.2021.735011

11. Якушев Э., Бломберг А., Иек Э., Проценко Э., Тотланд К., Стаалстрём А., Ваару И.-К. Modeling of biogeochemical consequences of a CO2 leak in the water column with bottom anoxia International Journal of Greenhouse Gas Control, 111, 103464 (год публикации - 2021)
10.1016/j.ijggc.2021.103464

12. Рубан А.С., Рудмин М.А., Мазуров А.К., Милевский Я.В., Семилетов И.П., Гершелис Е.В., Дударев О.В. Геохимические особенности донных осадков в областях разгрузки метан-содержащих флюидов на внешнем шельфе моря Лаптевых BULLETIN OF THE TOMSK POLYTECHNIC UNIVERSITY-GEO ASSETS ENGINEERING (год публикации - 2021)

13. Романкевич Е.А., Ветров А.А. Углерод в мировом океане ГЕОС,Москва, 352 с (год публикации - 2021)
10.34756/GEOS.2021.16.37857

14. Жданов И., Лохов А., Белесов А., Кожевников А., Пахомова С., Березина А., Фролова Н., Котова Е., Лещев А., Ван Х., Завьялов П., Якушев Е. Assessment of seasonal variability of input of microplastics from the Northern Dvina River to the Arctic ocean Marine Pollution Bulletin, Marine Pollution Bulletin, Volume 175, February 2022, 113370 (год публикации - 2022)
10.1016/j.marpolbul.2022.113370

15. Крылов, А.А.; Ковачев, С.А.; Радюк, Э.А.; Рогинский, К.А.; Новиков, М.А.; Самылина О.С.; Лобковский, Л.И.; Семилетов, И.П. MatNERApor—A Matlab Package for Numerical Modeling of Nonlinear Response of Porous Saturated Soil Deposits to Pand SH-Waves Propagation Applied Sciences, Appl. Sci. 2022, 12, 4614 (год публикации - 2022)
10.3390/app12094614

16. Чувилин Е., Буханов Б., Юрченко А., Давлетшина Д., Шахова Н., Спивак Е., Русаков В., Дударев О., Хаустова Н., Тихонова А., Густафссон О., Теси Т., Мартенс Дж., Якобссон М., Спасенных М., Семилетов И. In-situ temperatures and thermal properties of the East Siberian Arctic shelf sediments: Key input for understanding the dynamics of subsea permafrost Marine and Petroleum Geology, Marine and Petroleum Geology 138 (2022) 105550 (год публикации - 2022)
10.1016/j.marpetgeo.2022.105550

17. Ананьев Р.А.; Дмитревский, Н.Н.; Росляков, А.Г.; Черных Д.В.; Мороз, Э.А.; Зарайская, Ю.А.; Семилетов, И.П. Acoustic monitoring of gas emission processes in the Arctic Shelf Seas Oceanology, Oceanology. 2022. V. 62. № 1. P. 151–157 (год публикации - 2022)
10.1134/S0001437022010015

18. Рубан А., Рудмин М., Мазуров А., Черных Д., Дударев О., Семилетов И. Cold-seep carbonates of the Laptev Sea continental slope: Constraints from fluid sources and environment of formation Chemical Geology, Chemical Geology Volume 610, 121103 (год публикации - 2022)
10.1016/j.chemgeo.2022.121103

19. Юсупов В.И., И.П. Семилетов, Д.В. Черных, А.С. Саломатин Active High-Frequency Acoustic Thermometry of Frozen Water-Saturated Media Acoustical Physics, Acoustical Physics, 2022, Vol. 68, No. 5, pp. 459–466 (год публикации - 2022)
10.1134/S1063771022050128

20. Мартенс Дж., Вильд Б., Семилетов И., Дударев О. и О. Густафссон Circum-Arctic release of terrestrial carbon varies between regions and sources Nature Communications, Nature Communications, vol. 13, no.5858 (год публикации - 2022)
10.1038/s41467-022-33541-0

21. Лахманов Д., А.Ю. Кожевников, С.А. Покрышкин, И.П. Семилетов, Д.С. Косяков Polycyclic aromatic hydrocarbons in the Siberian Arctic seas sediments Marine Pollution Bulletin, Marine Pollution Bulletin,Volume 180, 2022, 113741 (год публикации - 2022)
10.1016/j.marpolbul.2022.113741

22. Лобковский, Л.И.; Рамазанов, М.М.; Семилетов, И.П.; Алексеев, Д.А. Decomposition of Unstable Gas Hydrate Accumulations in the Cryolithozone Geosciences, 2022, 12, 345 (год публикации - 2022)
10.3390/geosciences12090345

23. Гончаров А.А., Алексеев Д.А., Кошурников А.В., Гунар А.Ю., Пушкарев П.Ю. Using pseudo-random code sequences for improving the efficiency of near-field transient electromagnetic sounding on the Arctic shelf Izvestiya, Physics of the Solid Earth, Izvestiya, Physics of the Solid Earth volume 58, pages 744–754 (год публикации - 2022)
10.1134/s1069351322050020

24. Дударев О., Чаркин А., Шахова Н., Рубан А., Черных Д., Вонк Ю., Теси Т., Мартенс Ю., Пипко И., Пугач С., Гершелис Е., Леусов А., Гринько А., Густафссон О., Семилетов И. East Siberian Sea: interannual heterogeneity of the suspended particulate matter and its biogeochemical signature Progress in Oceanography, Progress in Oceanography 208, 102903 (год публикации - 2022)
10.1016/j.pocean.2022.102903

25. Пипко И.И., Пугач С.П., Семилетов И.П. Dynamics of Carbonate Characteristics of the Kara Sea Waters in the Late Autumn Season of 2021 Doklady Earth Sciences, Doklady Earth Sciences, 2022, Vol. 506, Part 1, pp. 671–676 (год публикации - 2022)
10.1134/S1028334X22600232

26. Пипко И.И., Пугач С.П., Щербакова К.П., Семилетов И.П. Optical signatures of dissolved organic matter in the Siberian Rivers during summer season Journal of Hydrology, №620, часть B,129468 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jhydrol.2023.129468

27. Се Л., Якушев Е., Семилетов И., Гринько А., Гангнус И., Березина А., Осадчиев А., Жданов И., Полухин А, Моисеева Ю., Пургина Д., Пипко И., Пугач С., Дударев О., Ге З. Biogeochemical structure of the Laptev Sea in 2015-2020 associated with the River Lena plume Frontiers in Marine Science, Т. 10, 1180054 (год публикации - 2023)
10.3389/fmars.2023.1180054

28. Сорохтин Н., Лобковский Л., Семилетов И., Шипилов Э., Никифоров С., Козлов Н., Шахова Н., Ананьев Р., Алексеев Д. Late Mesozoic and Cenozoic Geodynamics of the Arctic Region: Implications for Abiogenic Generation of Hydrocarbons Geosciences, Т. 13, вып. 3., № 68 (год публикации - 2023)
10.3390/geosciences13030068

29. Сорохтин Н., Козлов Н., Семилетов И., Лобковский Л., Никифоров С., Алексеев Д., Ананьев Р. The Keivy Domain of the Kola Granulite–Gneiss Area on the Baltic Shield: Most Ancient Median Massif of the Continental Crust Geosciences, Т. 3, вып. 5: 142 (год публикации - 2023)
10.3390/geosciences13050142

30. Алексеев Д.А., Кошурников А.В., Гунар А.Ю., Балихин Е.И., Семилетов И.П., Шахова Н.Е., Пальшин Н.А., Лобковский Л.И. Time-Domain Electromagnetics for Subsea Permafrost Mapping in the Arctic: The Synthetic Response Analyses and Uncertainty Estimates from Numerical Modelling Data Geosciences, Т. 13, вып. 5: 144 (год публикации - 2023)
10.3390/geosciences13050144

31. Лобковский Л.И., Баранов А.А., Гарагаш И.А., Рамазанов М.М., Владимирова И.С., Габсатаров Ю.В., Алексеев Д.А., Семилетов И.П. Large Earthquakes in Subduction Zones around the Polar Regions as a Possible Reason for Rapid ClimateWarming in the Arctic and Glacier Collapse in West Antarctica Geosciences, Т.13, вып.6: 171 (год публикации - 2023)
10.3390/geosciences13060171

32. Йе В., Ли Ю., Вен Дж., Джан Дж., Шахова Н., Лю Дж., Ву М., Семилетов И., Джан Л. Enhanced Transport of Dissolved Methane From the Chukchi Sea to the Central Arctic Global Biogeochemical Cycles, Т.37, вып. 2: e2022GB007368 (год публикации - 2023)
10.1029/2022GB007368

33. Уайлд, Б., Рэй Н., Летт С., Дэйвис А. Дж., Кириллова Е., Хольмстранд Г., Клеванцева Е., Осадчиев А., Гангнус И., Якушев Е., Космач Д., Дударев О., Густафссон О., Семилетов И., Брюхерт В. Nitrous Oxide Dynamics in the Siberian Arctic Ocean and Vulnerability to Climate Change JGR Biogeosciences, Т. 128, вып. 5:e2022JG007326 (год публикации - 2023)
10.1029/2022JG007326

34. Саввичев А.С., Русанов И.И., Кадников В.В., Белецкий А.В., Захарова Е.Е., Самылина О.С., Сигалевич П.А., Семилетов И.П., Равин Н.В., Пименов Н.В. Biogeochemical Activity of Methane-Related Microbial Communities in Bottom Sediments of Cold Seeps of the Laptev Sea Microorganisms, Т.11, вып.2: 250 (год публикации - 2023)
10.3390/microorganisms11020250

35. Полтавская Н.А., Гершелис Е.В., Оберемок И.А., Гринько А.А., Чаркин А.Н., Ярощук Е.И., Дударев О.В., Смирнова Н.А., Гусева Н.В., Семилетов И.П. ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДОННЫХ ОСАДКОВ ЧАУНСКОЙ ГУБЫ (ВОСТОЧНО-СИБИРСКОЕ МОРЕ) Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, Т. 334. № 2. C.130–146 (год публикации - 2023)
10.18799/24131830/2023/2/3873

36. Крылов А.А., Ананьев Р.А., Черных Д.В., Алексеев Д.А., Балихин Е.И., Дмитриевский Н.Н., Новиков М.А., Радюк Е.А., Доманюк А.В., Кошурников А.В., Лобковский Л.И., Семилетов И.П. A Complex of Marine Geophysical Methods for Studying Gas Emission Process on the Arctic Shelf Sensors, Т.23, вып. 8: 3872 (год публикации - 2023)
10.3390/s23083872

37. Крылов А.А., Лобковский Л.И., Ковачев С.А., Баранов Б.В., Рукавишникова Д.Д., Цуканов Н.В., Дозорова К.А., Семилетов И.П. Geodynamic Regimes in the Laptev Sea Region According to the Latest Seismological Data Doklady Earth Sciences, том 513, № 2, с. 64–70 (год публикации - 2023)
10.1134/S1028334X23602031

38. Крылов А.А., Новиков М.А., Ковачев С.А., Рогинский К.А., Ильинский Д.А, Ганжа О.Ю., Иванов В.Н., Тимашкевич Г.К., Самылина О.С., Лобковский Л.И., Семилетов И.П. Features of Seismological Observations in the Arctic Seas Journal of Marine Science and Engineering, Т.11, вып12 : 2221. (год публикации - 2023)
10.3390/jmse11122221

39. Погожева М., Полухин А., Маккавеев П., Стаалстрём А., Березина А., Якушев Е. Arctic Inshore Biogeochemical Regime Influenced by Coastal Runoff and Glacial Melting (Case Study for the Templefjord, Spitsbergen) Geosciences, Geosciences 12(1): 44 (год публикации - 2022)
10.3390/geosciences12010044

40. Пахомова С., Березина А., Люшер А., Жданов И., Сильвестрова К., Завьялов П., ван Бавел Б., Якушев Е. Microplastic variability in subsurface water from the Arctic to Antarctica Environmental Pollution, Environmental Pollution, 298 (2022) 118808 (год публикации - 2022)
10.1016/j.envpol.2022.118808

41. Чувилин Е., Екимова В., Давлетшина Д., Кривохат Е., Шиленков В., Буханов Б. Pressure Influence on Salt Migration in Frozen Hydrate-Saturated Sediments: Experimental Modeling Energy & Fuels, Energy & Fuels 2022 36 (18), 10519-10528 (год публикации - 2022)
10.1021/acs.energyfuels.2c01282

42. Вильд Б., Шахова Н., Дударев О., Рубан А., Космач Д., Тумской В., Теси Т., Гримм Х., Нибом И., Мацубара Ф., Александерсон Х., Якобссон М. , А. Мазуров, И. Семилетов, О. Густафссон Organic matter composition and greenhouse gas production of thawing subsea permafrost in the Laptev Sea Nature Communications, Nat Commun 13, 5057 (год публикации - 2022)
10.1038/s41467-022-32696-0

43. Буханов Б., Чувилин Е., Жмаев М., Шахова Н., Спивак Э., Дударев О., Осадчиев А., Спасенных М., Семилетов И. In Situ Bottom Sediment Temperatures in the Siberian Arctic Seas: Current State of Subsea Permafrost in the Kara Sea vs Laptev And East Siberian Seas Marine and Petroleum Geology, Volume 157, 106467 (год публикации - 2023)
10.1016/j.marpetgeo.2023.106467

44. Рэй Н.Э., Мартенс Й., Аджмар М., Теси Т., Якушев Е., Гангнус И., Штраусс Й., Ширрмайстер Л., Семилетов И., Вильд Б. The role of coastal Yedoma deposits and continental shelf sediments in the Arctic Ocean silicon cycle Global Biogeochemical Cycles, Global Biogeochemical Cycles, 38, e2023GB007746 (год публикации - 2024)
10.1029/2023GB00774

45. Коновалова О., Римская-Корсакова Н., Кузнецов П., Осадчиев А., Федяева М., Моисеева Ю., Пургина Д., Космач Д. и Семилетов И. Benthic communities under methane gradient in the Laptev and East Siberian seas Frontiers in Ecology and Evolution, Front. Ecol. Evol. 12:1406680 (год публикации - 2024)
10.3389/fevo.2024.1406680

46. Рубан А., Теси Т., Ярощук Е., Космач Д., Рудмин М., Гершелис Е., Дударев О., Мазуров А., Семилетов И. The influence of cold seepage on the grain size and geochemistry of sediments from the Laptev Sea shelf Marine and Petroleum Geology, Marine and Petroleum Geology, 2024, 160, 106638 (год публикации - 2024)
10.1016/j.marpetgeo.2023.106638

47. Левочкина О.В., Тумской В.Е., Дударев О.В. Седиментологический анализ отложений Ивашкиной лагуны (Быковский полуостров) Криосфера Земли, Криосфера Земли, 2024, т. XXVIII, № 1, с. 23–35. (год публикации - 2024)
10.15372/KZ20240103

48. Черных Д.В., Космач Д.А., Шахова Н.Е., Саломатин А.С., Салюк А.Н., Доманюк А.В., Спивак Э.А., Гершелис Е.В., Дударев О.В., Красиков В.А., Ананьев Р.А., Семилетов И.П. Количественная оценка пузырькового метана, достигающего приводных слоев атмосферы в Арктике Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов (год публикации - 2024)

49. Крылов А.А.; Рукавишникова Д.Д.; Новиков М.А.; Баранов Б.В.; Медведев И.П.; Ковачев С.А.; Лобковский Л.И.; Семилетов, И.П. The Main Geohazards in the Russian Sector of the Arctic Ocean Journal of Marine Science and Engineering, J. Mar. Sci. Eng. 2024, 12, 2209. (год публикации - 2024)
10.3390/ jmse12122209

50. Русанов И.И., Саввичев А.С., Засько Д.Н., Сигалевич П.А., Пипко И.И., Пугач С.П., Пименов Н.В., Семилетов И.П. Primary production and microbial heterotrophy in the Siberian arctic seas, Bering Strait, and Gulf of Anadyr, Bering Sea Estuarine, Coastal and Shelf Science, Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2024, 299, 108673 (год публикации - 2024)
10.1016/j.ecss.2024.108673

51. Оберемок И.А., Гусева Н.В., Моисеева Ю.А., Пургина Д.В., Полтавская Н.А., Гершелис Е.В., Семилетов И.П. Формы нахождения химических элементов в донных осадках в зонах разгрузки метан-содержащих флюидов на шельфе моря Лаптевых Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. –2024. –Т. 335. –No 3. –С. 108–123 (год публикации - 2024)
10.18799/24131830/2024/3/4511

52. Моисеева Ю.; Пургина Д.; Пипко И.; Гусева Н.; Гершелис Е.; Хващевская А.; Пугач С.; Якушев Е.; Семилетов И. Distribution of dissolved trace elements in the Laptev Sea affected by the Lena River discharge Marine Pollution Bulletin, Marine Pollution Bulletin, 2024, 202, 116397 (год публикации - 2024)
10.1016/j.marpolbul.2024.116397

53. Семилетов И.П., Шахова Н.Е. Баланс парниковых газов и изменение климата: роль деградации мерзлоты в Арктике Вестник ДВО РАН, Вестник ДВО РАН. 2024. № 4. С. 9–47. (год публикации - 2024)
10.31857/S0869769824040015

54. Мартенс Я., Теси Т., Русаков В., Семилетов И., Дударев О., Густафссон Э. Off-Shelf Transport and Biogeochemical Cycling of Terrestrial Organic Carbon Along the East Siberian Continental Margin GlobalBiogeochemical Cycles (год публикации - 2024)
10.1029/2024GB008104

55. Сабино М., Густавссон Э., Вильд Б., Семилетов И.П., Дударев О.В., Ингроссо Г., Теси Т. Feedbacks From Young Permafrost Carbon Remobilization to the Deglacial Methane Rise GlobalBiogeochemical Cycles (год публикации - 2024)
10.1029/2024GB008164

56. Ермошкин А., Капустин И., Молков А., Семилетов И. Manifestation of Gas Seepage from Bottom Sediments on the Sea Surface: Theoretical Model and Experimental Observations Remote Sensing, Remote Sens. 2024, 16(2), 408 (год публикации - 2024)
10.3390/rs16020408

57. Лобковский Л.И., Семилетов И.П., Баранов А.А., Владимирова И.С. Трудности обоснования антропогенной концепции глобального потепления и сейсмогенно-триггерный механизм климатических изменений Вестник ДВО РАН, Вестник ДВО РАН. 2024. № 4. С. 48–63. (год публикации - 2024)
10.31857/S0869769824040022

58. Дебисер М.К.Ф., Пичевин Л., Туэрена Р.Э., Дончила А., Семилетов И., Ганешрам Р.С. The Importance of Riverine Nutrient Supply for the Marine Silica Pump of Arctic Shelves: Evidence From the Laptev Sea Global Biogeochemical Cycles, Global Biogeochemical Cycles, 2024, 38(4), e2023GB007828 (год публикации - 2024)
10.1029/2023GB007828

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 году был получен ряд оригинальных результатов, направленных на понимание механизма формирования потоков органического вещества (ОВ) в системе суша-шельф в Российской Арктике, которое вовлекается (мобилизуется) в современные биогеохимические циклы вследствие прогрессирующей деградации мерзлоты. Особое внимание было уделено генезису ОВ и оценке его вклада в осадконакопление на арктическом шельфе и на материковом склоне (расширение заявленного ареала проекта), включая первое исследование вклада древнего ОВ в генерацию и потоки метана в Голоцене (Martens, Semiletov et al., 2024). Анализ и синтез новых и исторических данных позволил достичь решения следующих ключевых задач проекта: 1) инвентаризации и картирования всех доступных (авторских, литературных и полученных новых) данных по распределению, молекулярному и изотопному составу ОВ осадков морей Российской Арктики с фокусом на наименее исследованных морях Восточной Арктики (МВА); 2) оценки потоков и роли ОВ, вовлекаемого в современный биогеохимический цикл в результате деградации подводной и наземной мерзлоты (береговой ледовый комплекс, мерзлота водосборов Великих Сибирских рек), в осадконакопление на шельфе и на материковом склоне; 3) выявления различных механизмов образования и разгрузки метана в мелководной и глубокой части шельфа МВА, что необходимо для оценки современной и будущей климатической роли арктического шельфа РФ и шельфа Северного Ледовитого океана (СЛО) в целом (Семилетов и Шахова, 2024). Впервые на основе молекулярного и изотопного анализа ОВ поверхностных проб осадков были выявлены характерные особенности транспорта наземного органического углерода (terrOC) в системе суша-шельф-материковый склон. Они были определены с помощью анализа отношения (δ13C/Δ14C), диагностики степени деградации terrOC путем анализа специфических биомаркеров (n‐alkanes, n‐alkanoic acids, lignin phenols) и с учетом скорости осадконакопления (210Pbxs-based mass accumulation rates, MAR). Величина MAR-terrOC (г м-2 год-1) уменьшается от 14.7 ± 12.2 на шельфе, до 7.0 ± 5.8 на склоне и до 2.3 ± 0.3 на поднятии. Масштабирование результатов дает следующую оценку: примерно 80% terrOC накапливается на шельфе, 11% и 9% накапливаются на склоне и поднятии, соответственно (Martens, Semiletov et al., 2024). Показано, что terrOC является лабильным для окисления до СО2 в аэробных условиях поверхностных осадков МВА (Sauerland, Semiletov, et al., Terrestrial organic matter contributes to CO2 production from Siberian shelf sediments, JGR, 2024, in press). Это еще раз подтверждает гипотезу о важной биогеохимической роли окисления эрозионного terrOC, которая была предложена ведущим ученым 25 лет назад (Семилетов ДАН, 1999). Впервые во всех МВА, включая моря Лаптевых, Восточно-Сибирское море, Чукотское и высокопродуктивный Анадырский залив Берингова моря (для сравнения), была выполнена количественная оценка продукционно-деструкционных процессов (Rusanov et al., 2024). Это необходимо для существенной коррекции данных по первичной продукции, которые в последние годы получают, как правило, с помощью спутниковых методов и мало реалистичных параметризаций. Впервые оценена роль стока рек и таяния берегового ледового комплекса в балансе силикатов на шельфе МВА (Ray, Semiletov et al., 2024; Debyser, Semiletov et al., 2024). Это важно для уточнения баланса выноса биогенных элементов и ОВ с речным стоком и в результате береговой эрозии. Такой подход может быть использован в дальнейшем для трассирования экспорта растворенного СН4 с халоклинными (верхними и нижними) водными массами в глубокую часть СЛО (Ye, Shakhova, Semiletov et al., 2023). За счет смешения углерода из различных источников (морская вода, ОВ донных осадков), а также в следствие его изотопного фракционирования при окислении метана изотопный состав углерода в метан-производных карбонатах имеет более высокие значения δ13C относительно “родительского” метана. В карбонатах, образующихся на внешнем шельфе моря Лаптевых, значения δ13С изменяется в пределах от –34.6 ‰ до –27.1 ‰, что позволяет рассматривать в качестве основного источника углекислоты метан термогенного происхождения (Ruban et al., 2024). Этот метан, по-видимому, поступает из нижележащих скоплений свободного газа, наличие которых подтверждается авторскими данными тройных изотопных измерений и сейсморазведки, а также обнаружением аномально высоких концентраций ряда химических элементов, характеризующих разгрузку восходящего потока геофлюида. Результаты анализа показали, что образцы РОВ из Карского моря обладают более окисленным и конъюгированным характером с высоким содержанием ароматических фрагментов, в то время как образцы из морей Лаптевых и Восточно-Сибирского показали менее окисленный состав, с более насыщенными алифатическими структурами. В образцах Карского моря преобладает хемотип гидролизуемых танинов, тогда как в образцах морей Лаптевых и Восточно-Сибирского доминируют соединения лигнинов и терпеноидов. Оптические измерения демонстрируют тренд изменения молекулярных свойств РОВ от более окисленного состояния к более восстановленному с запада на восток, от Карского моря к морям Восточной Арктики - Лаптевых и Восточно-Сибирскому (Chreptugova A., ..., Semiletov I., et al., On Board Large-Scale Isolation and Characterization of Three Reference DOM Materials from Siberian Arctic Shelf Marine Water, ACS Omega, 2024, in press). Этот результат свидетельствует о возрастающей роли экспорта более лабильного РОВ с речным стоком из водосборов мерзлотных рек (Лена, Индигирка, Колыма) по сравнению с Обью, Енисеем, где основная часть мерзлоты деградировала. Это свидетельствует о возможности окисления РОВ до СО2 и возрастании содержания растворенного СО2 (рСО2) и большом потенциале асидификации вод морей Восточной Арктики по сравнению с морями Западной Арктики (на примере Карского моря). Этот результат существенно дополняет авторский результат, полученный 20 лет назад другими методами (pyrolysis-GC/MS of the sedimentary organic carbon), который показывает такой же рост биодоступности (“свежести”) ОВ донных осадков при движении из Карского моря в моря Восточной Арктики за счет увеличения доли полисахаридов. Это позволяет прийти к выводу о том, что при продолжении потепления и деградации наземной мерзлоты экспорт наземного ОВ в виде РОВ и взвешенной форме на арктический шельф будет увеличиваться, что может привести к еще более значимому перенасыщению вод СО2 и экстремальной асидификации в морях Восточной Арктики, что было показано участниками проекта ранее (Semiletov I., Pipko I. , et al. // Nature Geoscience, 2016, vol. 9, 361-365). Результаты исследований 2024 г. были опубликованы в 15 научных статьях, включая 10 в Q1.

Публикации

Возможность практического использования результатов
нет