Период работ: 29 сентября — 7 декабря 2022 г.
Начальник экспедиции: Е.В. Иванова
Капитан судна: А.В. Зыбин
Район работ: Атлантический океан
Научный состав: 26 человек
Темы и проекты исследований:
Тема № FMWE -2021-0006 «Современные и древние донные осадки и взвесь Мирового океана – геологическая летопись изменений среды и климата: рассеянное осадочное вещество и донные осадки морей России, Атлантического, Тихого и Северного Ледовитого океанов — литологические, геохимические и микропалеонтологические исследования; изучение загрязнений, палеообстановок и процессов в маргинальных фильтрах рек».
Тема № FMWE -2021-0005 «Геоморфология морского дна, геофизические и биогеохимические характеристики литосферы океанов и морей: геоморфологические особенности рельефа дна Арктического бассейна; геолого-геофизические и биогеохимические исследования осадочной толщи и литосферы Арктического шельфа, переходной зоны от Тихого океана к Евразии, отдельных районов Атлантики и Индийского океана, морей России».
Тема № FMWE -2021-0015 «Экстремальные опасные явления, связанные с Мировым океаном».
Тема № FMWE -2021-0016 "Взаимодействие биогеосфер в Мировом океане».
Тема № FMWE -2021-0008 "Биологическое разнообразие и эволюция фауны океана: биоразнообразие морской фауны Арктики, морей России и открытых районов океана, происхождение и эволюция фауны крупных океанических регионов, фауна уникальных морских биотопов и ее сохранение".
Тема № FMWE -2021-0003 «Крупномасштабные, волновые и вихревые океанские процессы и роль океана в формировании климата: междекадная эволюция циркуляции, гидрофизических полей океана и потоков на границе океан-атмосфера в условиях меняющегося климата».
Тема № 121031900090-6 «Комплексные исследования современного состояния вод Мирового океана».
Тема №0556-2021-0003 «Функциональные, метаболические и токсикологические аспекты существования гидробионтов и их популяций в биотопах с различным физико-химическим режимом».
Тема №0556-2021-0004 «Исследование механизмов управления продукционными процессами в биотехнологических комплексах с целью разработки научных основ получения биологически активных веществ и технических продуктов морского генезиса».
Тема № 0556-2021-0007 «Фундаментальные исследования популяционной биологии морских животных, их морфологического и генетического разнообразия».
Основные задачи экспедиции:
Непрерывное сейсмоакустическое профилирование вдоль маршрута экспедиции вне экономических зон прибрежных государств до полигона Романш-Чейн и на обратном пути целью выбора наиболее перспективных объектов для дальнейших геолого-геофизических исследований и расширения созданной в ИО РАН базы данных сейсмоакустических образов Атлантики (Темы № FMWE -2021-0005 и № FMWE -2021-0015).
Изучение верхней части осадочного чехла в трансформной долине на полигоне Романш-Чейн. Детальная сейсмоакустическая съемка, отбор колонок донных осадков по имеющимся в литературе результатам батиметрической съемки, а также по ожидаемым данным сейсмопрофилирования (Темы № FMWE -2021-0005 и № FMWE -2021-0006).
Интерпретация волновой сейсмоакустической картины на основе корреляции с геологическими разрезами отобранных колонок донных осадков и скважин глубоководного бурения с учетом литературных данных. Предполагается выявить присутствие осадочных волн, контуритов (в т.ч. контуритовых осадочных волн и небольших дрифтов) и отложений гравитационных потоков, а также наличие карбонатных отложений для дальнейшей оценки геологического возраста (Проект РНФ №22-27-000421).
Магнитная съемка на полигоне Романш-Чейн и на части маршрута экспедиции с использованием современной цифровой аппаратуры для выяснения источников и природы магнитных аномалий региональных тектонических структур, выявление магнитных аномалий (Темы № FMWE -2021-0005 и Темы № FMWE -2021-0016).
Исследование структуры и переноса ААДВ в трансформных разломах Романш и Чейн, как важнейшего механизма водообмена между западной и восточной Атлантикой. В разломах планируется изучение межгодовых изменений структуры потока и переноса ААДВ. Результаты будут базироваться на данных CTD зондирования до дна и измерениях скоростей течений при помощи ACM (проект РНФ № 19-17-00110-П).
Изучение изменений характеристик, главным образом, в слоях ААДВ и САГВ на ряде повторяемых разрезов в экваториальной части Атлантики. Пересечение разломов Романш, Чейн и прохода Кейн на разных их участках для оценки переноса и трансформации ААДВ и САГВ (Тема № 121031900090-6).
Определение содержания кислорода и биогенных элементов, главным образом в слоях ААДВ и САГВ (Тема № 121031900090-6).
Измерения параметров состояния поверхностного перемешанного слоя океана, в том числе температуры, солености, гидрохимических параметров (кислорода, фосфора, нитратов, нитритов, аммония, силикатов, pH) (Тема № 121041400077-1).
Определение гидрохимических параметров (нитратов, нитритов, фосфатов, кремния) на горизонтах 0, 10, 20, 50м (Тема № 121030300149-0).
Отбор проб воды для исследования фитопланктона и последующих лабораторных измерений хлорофилла «а» микропланктона (Темы № 121041400077-1 и 121040500247-0 121040500247-0).
Оценка облачности путем наблюдений согласно установленной методике за следующими параметрами (Соглашение с Министерством науки и высшего образования № 075-15-2021-1398):
БОО (оценка наблюдателя) и оценка балла облачности по ярусам;
процент облачного покрытия (результаты установки SAIL Cloud v.2);
СДС (оценка наблюдателя и результаты установки SAIL Cloud v.2);
данные геопозиционирования: дата (UTC), время(UTC), географические координаты;
показания судовой навигационной системы (скорость судна – величина и направление) или аналогичные показания, предоставляемые установкой SAIL Cloud v.2;
показания судовой метеостанции: температура воздуха, относительная влажность, давление, скорость и направление ветра, интенсивность и вид осадков;
балл волнения (оценка наблюдателя) (тема № FMWE -2021-0003);
приходящий поток коротковолновой и длинноволновой радиации (Проект РФФИ № 20-05-00244А).
Оценка состояния морской поверхности путем наблюдений, согласно установленной методике (Тема Госзадания Паспорт № 4127-22).
Непрерывный учет китообразных по пути следования судна (без затрат судового времени) (тема № FMWE -2021-0008).
Исследование сезонной динамики распределения, видового состава и относительной численности китообразных в районе работ (тема № FMWE -2021-0008).Предварительные научные результаты
Выполненные в проходе Западном измерения подтвердили наличие трансформированной Антарктической донной воды (ААДВт) на входном пороге и южном склоне котловины прохода сразу за порогом. Ранее ААДВт была здесь обнаружена в ходе 59-го рейса ПС «Академик Иоффе» в 2021 г. На станциях в основной котловине прохода потенциальная температура воды менее 2 °С не была обнаружена. На входном пороге ААДВт отмечалась не только в глубокой центральной части, но и на северо-восточном склоне, в соответствии с геострофическим балансом. Здесь зафиксировано преобладающее течение северо-западного направления из котловины Мадейра в Иберийскую котловину с максимальными скоростями более 30 см/с. Интегральный расход через разрез (от 3600 м до дна) составил 0,63 Св (1 Св=1×106 м3 с-1). Расход воды с потенциальной температурой менее 2 °С был равен 0,29 Св.
В центральной впадине прохода Дискавери подтвердились ранее полученные результаты (рейсы АНС-43, АИ-59 в 2019 и 2021 гг. соответственно) – здесь наблюдался придонный квазиоднородный слой мощностью более 200 м с температурой 1,993°С. На поперечном разрезе через наиболее узкую часть прохода наблюдался менее мощный по сравнению с результатами прошлогодних измерений (АИ-59) слой ААДВт. Значения скоростей течений, полученные в 2022 году, также оказались ниже п сравнению с прошлогодней съёмкой в 2021 году. Интегральный расход через разрез (глубже 3600 м) был равен 0,007 Св, при этом расход течения в северо-восточном направлении составил 0,363 Св. Расход воды с потенциальной температурой менее 2 °C оценен в 0,050 Св при расходе струи северо-восточного направления в 0,067 Св. Измерения подтвердили описанное ранее по результатам рейса АИ-59 наблюдение циклонической циркуляции в самой узкой части прохода Дискавери, однако установленные в рамках настоящего исследования скорости придонных течений оказались ниже значений, полученных в прошлом году.
На поперечном разрезе через проход Кейн обнаруженная ААДВ со значениями температуры менее 1,9 °C занимает слой от глубин 4320–4400 м до дна. Минимальная температура (1,846 °C) отмечалась в придонном слое центральной части разреза. Измерения на поперечном разрезе показали, что в момент выполнения съёмки в проходе преобладало течение северо-западного направления. Наибольшие скорости (более 10 см/с) наблюдались в центральной части седловины прохода. Интегральный расход через разрез (от 3600 м до дна) составил 0,24 Св. Расход течения в бассейн Сьерра-Леоне был равен 0,08 Св, а интегральный расход воды с потенциальной температурой менее 1,9 °С составил 0,14 Св.
Проведенные в трёх каналах разлома Романш, обеспечивающих перенос ААДВ в придонном слое во впадину Вима, измерения показали, что самые холодные (0,695 °C), наименее соленые (34,804 PSU) и самые плотные (46,039 кг/м3) воды переносятся через северный канал. В двух других каналах минимальные значения температуры составляли 0,748 °C в центральном канале и 0,736 °C в южном, самом мелководном канале. Максимальные измеренные скорости в придонном слое достигали 7 см/с в центральном и 13 см/с в южном каналах. Это свидетельствует о более интенсивном потоке ААДВ в южном канале по сравнению с центральным каналом. В северном канале локальный максимум составлял 8 см/с на глубине 4512 м. Абиссальный термоклин (пикноклин) между ААДВ и САГВ наблюдался в диапазоне глубин 3700–4200 м. Верхняя граница пикноклина соответствовала изолиниям потенциальной температуры 1,9–2,0 °C, нижняя граница – изотермам 1,1–1,2 °C. Здесь были отмечены максимальные скорости течений, превышавшие 10 см/с.
На поперечном разрезе через Гвинейский купол (верхние 1000 м) в северном и северо-восточном направлениях наблюдалось уменьшение толщины верхнего квазиоднородного слоя и глубины залегания термоклина, что указывает на подъем холодных глубинных вод. Скорости течений в среднем не превышали 5–10 см/с. Интегральный расход через разрез составил 2,7 Св, при этом расход в генеральном направлении на восток был равен 33,7 Св. На выполненном разрезе идентифицированы 3 водные массы: Северотропическая поверхностная, Южноатлантическая центральная и Антарктическая промежуточная, их общие расходы через разрез составили 3,5, -1,1 и 0,2 Св соответственно.
К югу от глубоководного прохода Западного с помощью пробоотборника отобраны поверхностные донные осадки, представленные песчано-алевритовыми глинами светло-коричневого цвета (10YR 7/3) с единичными включениями гравийного материала, представленного известняком. Песчаный материал состоял в основном из раковин фораминифер. Степень растворения раковин высокая – обломки составляют примерно половину карбонатного материала, что свидетельствует о распространении агрессивной к карбонату кальция придонной водной массы (по данным гидрофизической съёмки здесь обнаружена ААДВт). В карбонатном сообществе доля живых бентосных фораминифер составила 1%, в агглютинированном – 30%.
По данным акустического профилирования к югу от глубоководного прохода Западного, а также к северу от глубоководного прохода Кейн обнаружены седиментационные волны. Осадки в глубоководных проходах предположительно сформированы в плейстоцене-голоцене под влиянием придонного контурного течения ААДВ, которая зафиксирована в проходах по данным гидрофизического зондирования. Предыдущие исследования (44-й рейс НИС «Академик Николай Страхов», 2019 г.) позволили обнаружить к северу от глубоководного прохода Кейн гигантский контуритовый дрифт, сформированный «Антарктической придонной рекой». На акустических профилях, полученных в ходе 62-го рейса ПС «Академик Иоффе», выделяются множественные параллельные рефлекторы – стратифицированные осадки мощностью до 60 м.
Осадки в юго-восточной части Иберийской котловины стратифицированы, представлены на сейсмоакустических записях множественными параллельными рефлекторами.
Предварительные научные результаты
Непрерывное сейсмоакустическое профилирование по маршруту экспедиции вне экономических зон прибрежных государств дополнило базу сейсмоакустических данных, собранных в регулярных рейсах ИО РАН в Атлантическом океане (2009-2022 гг). Для интерпретации полученных данных съемка выполнена через скважины глубоководного бурения 140, 664 и 667.
Впервые исследована с высоким разрешением акустическая структура верхней части осадочной толщи, заполняющей долины трансформных разломов Романш и Чейн. Эти долины покрыты сетью регулярных профилей в активной и пассивной частях почти на всем протяжении. Установлено мозаичное распределение участков с разным акустическим имиджем осадков. Основным фактором этой мозаичности является сильно расчлененный рельеф дна долин трансформных разломов. Выявлен характер переходов между сейсмофациальными типами донных осадков разного генезиса, а также аккумулятивные и эрозионные формы рельефа.
Выделены основные типы сейсмофаций осадков разного генезиса, характерные для района исследования, включая сейсмофации гравититов и предполагаемых контуритов в долинах трансформных разломов Романш и Чейн.
Обнаружено предполагаемое поле захороненных контуритовых осадочных волн и небольшой пластерный дрифт в разломе Чейн. Подобные небольшие контуритовые дрифты выявлены в западной части разлома Романш.
Эрозионно-аккумулятивная деятельность придонных течений более ярко проявлена в долине разлома Романш, по сравнению с подножием южного склона южного поперечного хребта.
По данным макроописаний выполнена предварительная реконструкция условий четвертичного осадконакопления в зоне разлома Романш.
Получены новые данные о магнитном поле для ряда профилей в Бискайском заливе, в том числе построено компактное распределение эффективной намагниченности для верхних 10 км океанской литосферы; выделен базальтовый слой мощностью 1-2 км, являющийся основным источником наблюдаемых аномалий; обнаружены глубинные источники магнитных аномалий, возможно, серпентинитового происхождения.
Синтезирована карта аномального магнитного поля для района подводной горы Хуго де Ласерда в котловине Зеленого Мыса. Установлено неоднородное строение горы: основной массив постройки и питающий очаг палеовулкана сформированы не ранее времени отделения Иберийской микроплиты от Лавразии.
Впервые с 1994 г. выполнен океанографический разрез, повторяющий часть разреза WOCE А15 с комплексом гидрофизических и гидрохимических исследований структуры вод в экваториальной части Атлантики от прохода Кейн до разлома Чейн.
Определена структура Северо-атлантических глубинных вод (САГВ) по разрезу А15. Она сильно различается к югу и северу от 4° с.ш. по количеству экстремумов растворенного кислорода. В слое глубинных вод к югу два экстремума, соответствующие Нижним и Средним САГВ, как в западной части Атлантики, а к северу только один максимум.
Границей Антарктических донных вод (ААДВ) в разломах Романш и Чейн по распределению растворенного кислорода и вертикальным градиентам термохалинных характеристик правильней считать изотерму θ=1.5°С, а не 2 °С (Wust, 1936). Разница между их положением около 300 м
На глубинах ниже 1500 м в целом наблюдается потепление и осолонение всей толщи вод по сравнению с разрезом 1994 г. (приблизительно на 0.1 °С и на 0.01 епс). В слое 3500-4500 наблюдается противоположная тенденция.
Выявлены максимумы биомассы и численности фитопланктона в районе экваториального апвеллинга. Биомасса и численность фитопланктона близки к нулю в районе 23–40°с.ш., что характеризует его воды, как олиготрофные. На 22°с.ш и 1–2°ю.ш. наибольшие значения биомассы соответствуют низким значениям численности фитопланктона, что свидетельствует о доминировании в этих районах крупноклеточных микроводорослей.
В пробах фитопланктона на поверхности исследуемой акватории Атлантики выявлено 25 видов фитопланктона, из них 12 динофитовых (Neoceratium extensum, Tripos muelleri, Ceratium furca и др.) и 13 диатомовых (Chaetoceros affinis, Chaetoceros peruvianus и др.).
По маршруту экспедиции встречено 3 вида китов (11встреч — 12 особей) и 8 видов дельфинов (29 встреч — 143 особи). Всего зарегистрировано 155 особей китообразных (40 встреч), подавляющее большинство из них определены до вида.
Установлено, что визуальные наблюдения хорошо согласуются с измерениями волномерным буем: наблюдатель незначительно занижает низкие и завышает высокие волны; при измерении направления волнения средняя ошибка составляет 10 градусов.
Отлажен, оптимизирован и проверен алгоритм получения волновой статистики (значимая высота волны, период и направление волнения) по радарным изображениям.
Создана модель прогнозирования положения альтиметрических спутников в точке нахождения судна, которая обеспечила возможность планирования наблюдений и контактных измерений в момент пролета спутника(ов). Это существенно расширило возможности сравнения и обеспечило статистическую достоверность полученных результатов измерений высоты волн.
Список организаций, участвовавших в экспедиции
- ФГБУН Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук.
- Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
- ФИЦ ИнБЮМ им. А. О. Ковалевского РАН