10 ноября 2020 года

состоялось очередное заседание Президиума Российской академии наук

(проводится в режиме видеоконференции)

Председательствует президент РАН академик РАН Александр Михайлович Сергеев.

Члены Президиума заслушали сообщение «О научной экспедиции в Северный Ледовитый океан».

Докладчик — член-корреспондент РАН Игорь Петрович Семилетов,

содокладчик — кандидат физико-математических наук Александр Александрович Осадчиев, Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук.

«Избранные результаты международной арктической экспедиции — 82 на НИС Академик М. Келдыш: в поисках ответов на глобальные вызовы».
Член-корреспондент РАН И.П. Семилетов, заведующий Лабораторией арктических исследований Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН.

В настоящее время одним из глобальных вызовов человечеству является реакция криосферы (ледники, морской лед, мерзлота) на современное потепление, которое усиливается антропогенным воздействием на климат (IPCC, 2014). Положительные и отрицательные обратные связи, определяющие центральную роль Арктики в климатической системе планеты, обусловлены, в первую очередь, взаимодействием между геосферами (литосфера-гидросфера-криосфера-атмосфера), что приводит к значительным изменениям в современном гидрологическом цикле и цикле углерода. Вследствие этого, изучение характерных особенностей динамики и взаимосвязи отдельных компонентов гидрологического цикла и цикла углерода в системе суша-шельф-атмосфера между собой является методологической основой выполненных экспедиционных исследований.

Международная арктическая экспедиция на борту флагмана научно-исследовательского флота Российской Федерации Академик М. Келдыш (АМК-82) была организована ТОИ ДВО РАН совместно с ИОРАН и Стокгольмским университетом, при участии геологического, химического, и биологического факультетов МГУ, научного центра МГУ-Геофизика, Сколтех, МФТИ, ИПФ РАН, ТПУ, САФУ, ГЕОХИ РАН, ВШЭ, СпбУ, ЦМИ МГУ, ТГУ, ФИЦ Биотехнологии. Эта экспедиция стала одной из крупнейших экспедиций, выполненных в рамках международного проекта International Siberian Shelf Studies (ISSS), созданного ТОИ ДВО РАН совместно со Стокгольмским университетом в начале 2000-х. Залогом успеха экспедиции стали совместные фундаментальные исследования, выполненные учеными ТОИ ДВО РАН и ИОРАН в морях Российской Арктики в период 2011-2019 гг.

Стратегическая цель экспедиции — исследовать и оценить связи в арктической системе климат-криосфера-суша-шельф путем проведения комплексных работ, направленных на оценку реакции наземной и подводной мерзлоты на изменение климата, динамику основных гидрологических, биогеохимических, геокриологических процессов и их взаимодействия в условиях глобальных изменений, происходящих в водосборах Великих Сибирских рек, ВСР (общая площадь ~ 14 млн км²) и на арктическом шельфе РФ (~3 млн км²). Планетарный масштаб исследования определяется площадью района работ (~15 млн км²), что соизмеримо с площадью всего Северного Ледовитого океана (СЛО).

В данном исследовании арктический шельф рассматривается как акцептор стока рек, которые являются носителем биогеохимического сигнала деградации наземной мерзлоты, интегрирующим изменения в ландшафтах, гидрологическом и биогеохимическом режиме в водосборах ВСР. Эти изменения в значительной мере обусловлены увеличением глубины сезонно-талого слоя и проявляются в росте мобилизации древнего органического вещества (ОВ) и основного продукта окисления ОВ- СО2 в атмосферу. Наиболее явно изменяющийся биогеохимический сигнал рек проявляется на шельфе морей Восточной Арктики (МВА) — самом широком и мелководном шельфе Мирового океана, который является уникальной природной научной лабораторией для изучения отклика криосферы на изменение климата. Исследования МВА были дополнены работами в Карском море, которое рассматривается в качестве гео-системы ВСР (Енисей и Обь) — Карское море, в которой уже произошли значительные изменения в состоянии надводной (сплошная мерзлота сохранилась только в нижнем течении Оби, среднем и нижнем течении Енисея) и подводной мерзлоты (сплошная мерзлота сохранилась только до изобаты 20 м).

В экспедиции исследовались биогеохимические, геологические, и геофизические последствия деградации наземной и подводной мерзлоты российского сектора Арктики в контексте нарушения баланса цикла углерода и пресноводного стока в арктических морях, что крайне важно для понимания характерных особенностей функционирования арктической климатической системы. Особое внимание было уделено исследованию 1) массированной разгрузки метана из донных отложений МВА в водную толщу-атмосферу, 2) транспорта и трансформации древнего ОВ мерзлоты в арктической системе суша-шельф, включая эффекты окисления эрозионного и речного ОВ до двуокиси углерода. Отметим, что интегральный геохимический сигнал из водозборов Великих Сибирских рек, ВСР исследовался от устьевых зон до материкового склона, что позволило проследить и исследовать трансформацию гидрологического и геохимического сигнала стоков ВСР на всей 12000 км трассе движения АМК. Были детально изучены районы мега-сипов (линейные размеры более 1000 метров) метана, и открыты новые мощные струи разгрузки метана в Восточно-Сибирском море, которое ранее считалось пассивной в геологическом отношении окраиной Евразийского континента, где предполагалось существование подводной сплошной мерзлоты.

Были документированы скорости разгрузки метана до сотен кг -2 сут-1 с квадратного метра в сутки, что проявлялось в эффекте «кипящей» воды на поверхности моря и многократному повышению концентрации атмосферного метана. Непрерывные высокоточные измерения атмосферного метана на двух уровнях и растворенного метана в поверхностной воде, которые были выполнены с помощью трех лазерных спектрометров, откалиброванных по мировым стандартам, позволили еще раз подтвердить важную роль эмиссии метана из МВА в формировании планетарного максимума атмосферного метана над Арктикой. Эти исследования были выполнены в комплексе с геофизическими исследованиями (сейсмика высокого разрешения, электромагнитное профилирование, однолучевые и многолучевые эхолоты откалиброванные по заданным расходам пузырьковой разгрузки) на полигонах и вдоль протяженных разрезов, что позволило обнаружить множество кратеро-образных структур и мелкозалегающих погребенных бугров пучения (по аналогии с полуостровом Ямал) и выявить геологическую структуру районов исследования, включая картирование кровли подводной мерзлоты.

Предварительные результаты исследований свидетельствуют о прогрессирующей деградации подводной мерзлоты и увеличению интенсивности разгрузки метана в районах исследованных мегасипов открытых авторским коллективом в период 2007-2019гг. Более того, впервые были получены комплексные репрезентативные результаты свидетельствующие о том, что на континентальном склоне МВА происходит выброс метана, который может быть ассоциирован с атлантификацией — отепляющим влиянием промежуточных атлантических вод на гидраты донных осадков в переходной зоне арктический шельф-материковый склон. Для уточнения происхождения метановых выбросов на шельфе и материковом склоне отобрано большое количество проб воздуха, воды, и осадков — для проведения исследования полного изотопного состава метана, молекулярного и изотопного состава ОВ донных отложений, изучения изотопного состава благородных газов геологического флюида в зонах разгрузки пузырькового метана. Кроме того, для изучения сейсмо-тектонической активности в районах исследований группой Лобковского-Крылова были подняты и установлены новые сейсмологические донные станции. Для изучения молекулярного и изотопного состава метана с помощью двух специальных погружных приборов (разработки ГЕОХИ РАН и лаборатории арктических исследований ТОИ ДВО РАН) были отобраны пробы струйного газа вблизи поверхности осадков. Особое внимание было уделено изучению биологических индикаторов. Более того, были выполнены многоуровневые (поверхностная вода, водная толща, донные осадки) исследования загрязнения морей Российской Арктики микропластиком, нефтепродуктами и тяжелыми металлами, что крайне важно для разработки рациональной концепции освоения Северного морского пути Росатомом.

Выполнение комплексных исследований на мировом уровне стало возможным путем объединения интеллектуальных, приборных, и материальных ресурсов ведущих институтов РАН и университетов РФ, с потенциалом группы Стокгольмского университета под руководством академика Шведской Королевской Академии наук, членом Нобелевского комитета по химии, профессором Орьяном Густафсоном, с которым лаборатория арктических исследований ТОИ ДВО РАН сотрудничает в течении 20 лет. В состав международной экспедиции, кроме российских ученых, вошли ученые 10 национальностей — включая Швецию, Норвегию, Нидерланды, Великобританию, Италию, Францию, Бразилию, Китай, Литву, Финляндию.

К.ф.-м.н. А.А. Осадчиев, старший научный сотрудник Лаборатории взаимодействия океана с водами суши и антропогенных процессов Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН.

Северный Ледовитый океан — единственная область Мирового океана, где взаимодействие материкового стока и морских вод влияет на процессы в глобальном масштабе. Крупные реки, впадающие в Северный Ледовитый океан, в первую очередь, Лена, Енисей и Обь формируют области опреснения в российском секторе Арктике суммарной площадью до 2000000 км². Распространение и перемешивание речного стока в Арктике определяет стратификацию моря в области формирования сезонного морского льда, тем самым влияя на ледообразование в Северном Ледовитом океане, сезонные колебания альбедо Земли и планетарный климат.

В условиях происходящих климатических изменений (увеличение речного стока и сокращение морского льда в Северном Ледовитом океане) особенную важность имеют специализированные исследования современного состояния цикла пресной воды в Арктике. В рамках международной комплексной арктической экспедиции на борту НИС «Академик Мстислав Келдыш» в 2020 году были продолжены многолетние исследования процессов распространения и перемешивания стоков Лены, Енисея, Оби и других крупных арктических рек в морях российской Арктики.

В рамках этих исследований было установлено, что ряд региональных процессов в эстуариях и придельтовых акваториях крупных рек российской Арктики (Оби, Енисея, Хатанги, Лены, Индигирки и Колымы) играют важную роль в формировании гидрологической структуры поверхностного слоя моря в масштабах всего шельфа Восточной Арктики. Получены принципиально новые представления о сезонной и межгодовой изменчивости крупномасштабного поверхностного опресненного слоя на шельфе морей российской Арктики.

Полученные результаты создают основу для изучения многих физических (циркуляция вод, стратификация), биологических (продуктивность экосистем) и геохимических (цикл углерода и биогенов, асидификация) процессов на континентальном шельфе и склоне российской Арктики. Кроме того, результаты исследования переноса и трансформации пресноводного стока в морях российской Арктики имеют ключевое значение для понимания сезонных процессов ледообразования и ледотаяния в масштабе всего Северного Ледовитого океана. Таким образом, полученные результаты важны для прогноза и оценки последствий глобальных климатических изменений, происходящих в Арктической зоне Российской Федерации под влиянием естественных и антропогенных факторов.

х х х

На заседании рассмотрен вопрос о присуждении ученой степени доктора honoris causa иностранному ученому Ричарду Брайсу Гуверу (США) (представление Отделения физических наук).

Ричард Брайс Гувер родился 3 января 1943 года. По образованию физик (оптика). Более 45 лет (1966-2012) работал в Центре космических полетов им. Маршалла НАСА в США; сначала в качестве ученого-оптика и астрофизика в Лаборатории космических наук (1966-1997), затем в должности ученого астробиолога, руководителя Группы астробиологии этого Центра.

В настоящее время возглавляет Лабораторию астробиологии в Афинском государственном университете в г. Афины, Алабама, США.

Работая в НАСА в рамках лунной программы «Сатурн-5–Аполлон», Р. Гувер разработал оптические телескопы с ограниченной дифракцией и рентгеновские телескопы для исследований в области физики Солнца. Он был ответственным за рентгеновскую оптическую систему для эксперимента S-056 при разработке и монтаже рентгеновского телескопа со скользящим падением лучей, который был установлен на борту космической станции «Скайлаб».

Р. Гувер осуществил обработку и анализ 25000 рентгеновских снимков Солнца высокого разрешения, обеспечивших научные открытия области корональных петель и дыр, ярких точек и вспышек короны в рентгеновском диапазоне. Он является автором разработки и конструкции многослойных зеркал рентгеновского телескопа c нормальным падением лучей.

В результате впервые были получены изображения эмиссии с высоким разрешением из плазмы с температурой 1,4 миллиона градусов. Эти данные выявили новые важные детали при изучении плазменных факелов, полярных корональных дыр, тусклых мест в короне и сечений контуров солнечной короны. Им впервые доказано преимущество использования усовершенствованной многослойной рентгеновской оптики, которая в настоящее время широко используется в солнечных рентгеновских телескопах и в литографии крайнего ультрафиолета (X-Ray – EUV Lithography). Р. Гувер являлся главным испытателем при запуске рентгеновского телескопа «Скайларк» с целью получения рентгеновских спектров остатков вспышки сверхновой звезды Puppis a Supernova.

В разные годы Р. Гувер состоял членом Совета директоров Американской ассоциации инженерных обществ и Совета президентов научных обществ США, членом редколлегий ряда журналов. В 2009 году за вклад в рентгеновскую оптику, гелиофизику и астробиологию он был награжден золотой медалью SPIE — высшей наградой Международного общества по оптике и фотонике. Р. Гувер является автором более 300 научных статей, в т.ч. 11 патентов. Продолжает активную научную деятельность, включая участие с докладами в международных научных конференциях в России и в мире.

Усилиями Р. Гувера активно развивается российско-американское научно-техническое сотрудничество в области астробиологии. В настоящее время Р. Гувер плодотворно сотрудничает с российскими учеными Объединенного института ядерных исследований в области астробиологии с использованием сканирующей электронной микроскопии.

Ричард Гувер выдвинут кандидатом на присуждение ученой степени доктора honoris causa по Отделению физических наук РАН по специальности астрономия.

х х х

Члены Президиума обсудили и приняли решения по ряду других научно-организационных вопросов.