Период работ: 5 — 18 сентября 2022 г.
Начальник экспедиции: М.Д. Кравчишина
Капитан судна: Ю.Н. Горбач
Район работ: Юго-западная часть Карского моря; попутные районы южной части Баренцева моря
Научный состав: 60 человек

Темы и проекты исследований:

Проведение уникального климатического эксперимента в Карском море с использованием самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик» посредством выполнения синхронных судовых, самолетных и наземных измерений состава воздуха и характеристик подстилающей поверхности на основе сопряженных оптических, гидрологических, биогеохимических и геологических исследований системы рассеянное осадочное вещество приводного слоя атмосферы и водной толщи – верхнего слоя осадка – подстилающей толщи донных отложений; количественная оценка процессов и потоков, в том числе, парниковых газов и загрязнений с изучением условий и процессов палео- и современной седиментации для проведения региональных палеоклиматических реконструкций и прогноза климата будущего.

Проект Минобрнауки РФ «Исследование антропогенных и естественных факторов изменений состава воздуха и объектов окружающей среды в Сибири и Российском секторе Арктики в условиях быстрых изменений климата с использованием УНУ «Самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик»», контракт № 075-15-2021-934, договор с ИО РАН 75-НИР.

Государственные задания Минобрнауки России, 16 тем НИР:

- номера тем ИОРАН: FMWE-2021-0006, FMWE-2021-0016, FMWE-2021-0001, FMWE -2021-0002, FMWE-2021-0004, FMWE-2021-0005, FMWE-2021-0007, FMWE-2021-0008, FMWE-2021-0009, FMWE-2021-0010;

- номер темы ИОА СО РАН 0293-2021-0007;

- номер темы ИФА РАН 129-2022-0012;

- номер темы ФИЦ Биотехнологии РАН 0104-2019-0025;

- номер темы ГЕОХИ РАН 0137-2019-0010;

- номер темы ФИЦ МГИ РАН FNNN-2021-0010;

- номера тем ФИЦ ИнБЮМ РАН 0556-2021-001, 0556-2021-0003.

Проекты Российского научного фонда:

№ 20-17-00157 (ИО РАН, руководитель к.г.-м.н. Кравчишина М.Д.),

№ 21-17-00235 (ИО РАН,  руководитель д.г.-м.н. Матуль А.Г.),

№ 19-17-00234 (ИО РАН,  руководитель д.г.-м.н. Немировская И.А.),

№ 22-27-00552 (ИО РАН,  руководитель к.ф.-м.н. Седаков Р.О.),

№ 21-77-10059 (ИО РАН,  руководитель к.ф.-м.н. Глуховец Д.И.);

№ 21-77-20025 (ИОА СО РАН, руководитель д.ф.-м.н. С.М. Сакерин),

№ 21-17-00278 (ФИЦ МГИ РАН, руководитель  к.ф.-м.н. Козлов И.Е.).

Грант Российского фонда фундаментальных исследований № 20-04-00487 (ФИЦ Биотехнологии РАН, руководитель д.б.н. Саввичев А.С.).
 

Основные задачи экспедиции:

1. Проведение подсамолетных измерений составляющих энергетического баланса подповерхностного слоя Карского моря с использованием УНУ «Самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик»»  в рамках контракта № 075-15-2021-934 проекта Минобрнауки РФ на проведение масштабного научного проекта мирового уровня.
2. Исследование пространственной изменчивости хлорофилла а (Хл), окрашенного растворенного органического вещества (ОРОВ), показателя ослабления света (c), а также температуры (T) и солености (S) на ходу судна с использованием проточного измерительного комплекса.
3. Проведение непрерывного лидарного зондирования приповерхностного слоя морской воды для получения вертикальных профилей показателя ослабления света морской водой и последующего анализа пространственной изменчивости параметров этих профилей вдоль маршрута судна, в том числе в местах проведения подсамолетных измерений, а также информации о динамических процессах в приповерхностном слое морской воды, в частности, характеристик внутренних волн.
4. Оценка изменений потока фотосинтетически активной радиации (ФАР), падающей на поверхность океана, в зависимости от широты и гидрометеорологических условий по данным судовых измерений и спутниковых наблюдений.
5. Получение комплекса данных натурных измерений биооптических характеристик в Баренцевом и Карском морях, в сочетании с данными спутниковых наблюдений, для разработки региональных алгоритмов количественной оценки концентрации хлорофилла, взвеси, содержания доминирующих видов фитопланктона, в первую очередь, кокколитофорид, а также для оценки параметров солнечной радиации, падающей на поверхность моря и проникающей в водную толщу.
6. Полевые испытания нового палубного спектрорадиометра в Баренцевом и Карском морях в условиях кокколитофоридного цветения и влияния речного стока, сравнение с данными плавающего спектрорадиометра, анализ факторов, влияющих на качество измерений коэффициента яркости моря.
7. Исследование характеристик цветений массовых видов морского фитопланктона, в первую очередь, кокколитофоридных цветений, в зависимости от океанологических и гидрометеорологических условий, на основе данных судовых измерений и спутниковых наблюдений.
8. Проведение гидрологических зондирований на океанологических станциях измерительным комплексом Rozett, оснащенного зондом SBE9 и 10-ти литровыми батометрами (24 шт.).
9. Проведение попутных наблюдений за переносом водных масс по пути следования судна.
10. Постановки и подъемы буйковых станций, с установленными на них измерителями  Sontek-MD, инклинометрами и CTD-зондами.
11. Определение вертикальной структуры короткопериодных внутренних волн, их пространственных и кинематических характеристик в различных районах Карского моря по контактным измерениям.
12. Детектирование поверхностных проявлений мезомасштабных процессов с помощью фото- и видеосъемки.
13. Измерение прозрачности атмосферы в диапазоне спектра 0.34–2.14 мкм с целью определения характеристик изменчивости спектральных АОТ и общего влагосодержания атмосферы на маршруте экспедиции.
14. Исследование вариаций дисперсного и химического состава приводного аэрозоля в различных районах по маршруту судна; оценка содержания в аэрозоле поглощающего вещества.
15. Изучение распределения сажевого углерода по пути следования судна.
16. Регистрация основных парниковых газов (СН4 и СО2), а также водяного пара в приводном слое атмосферы по пути следования судна.
17. Оценка содержания в аэрозоле поглощающего вещества (сажи).
18. Изучение поверхностного и вертикального распределения и состава водной взвеси (в том числе, фитопигментов, органического углерода, изотопного состава органического углерода, макро- и микроэлементов).
19. Измерение гранулометрического состава взвеси на счетчике Коултера.
20. Измерение гранулометрического состава взвеси in situ зондом LISST-Deep.
21. Изучение рассеянного осадочного вещества в наддонной воде, отобранной мультикорером.
22. Изучение распределения микропластика в поверхностном и подповерхностном слоях водной толщи.
23. Гидрохимический анализ проб воды: растворенный кислород, кремний, минеральные формы азота и фосфора, щелочность.
24. Определение уровня первичной продукции радиоуглеродным методом.
25. Определение численности, биомассы и видового состава фитопланктона южной части Баренцева моря.
26. Изучение современной и древней седиментации в юго-западной части Карского моря в зависимости от глобальных и региональных природных изменений.
27. Получение материала для высокоразрешающих реконструкций взаимодействия североатлантической и арктической воды во внутренних частях морей западного сектора Арктики.
28. Изучение расположения, строения, состава и возраста отложений осадочных тел (дрифтов), вероятно, образованных деятельностью придонных течений.
29. Комплексный литолого-геохимический и микропалеонтологический анализ осадков Карского моря.
30. Изучение изменчивости углеводородов – УВ (алифатических – АУВ и полициклических ароматических – ПАУ), их концентраций и состава в процессе миграции при переходе из поверхностного микрослоя (ПМС) в толщу воды, в придонные воды и донные осадки в процессах седиментогенеза и раннего диагенеза в юго-западной части Карского моря, уделив особое внимание районам месторождений.
31. Изучение изменчивости углеводородов – УВ (алифатических – АУВ и полициклических ароматических – ПАУ), их концентраций и состава в процессе миграции при переходе из поверхностного микрослоя (ПМС) в толщу воды в южной части Баренцева моря.
32. Изучение фундаментальных закономерностей диагенетического преобразования органического вещества в осадках Карского моря.
33. Изучение процесса накопления и выделения углеводородных газов из морских осадков (экологический аспект) в водную толщу.
34. Проведение микробиологических исследований водной толщи и донных осадков Карского моря.
35. Выделение тотальной ДНК из восстановленных донных осадков Карского моря.
36. Определение концентрации и изотопного состава растворенного метана в воде и осадках.
37. Определение содержания и состава углеводородов в поверхностной воде, взвеси и донных отложениях как характеристики среды обитания различных групп микроорганизмов (гетеротрофных, углеводородокисляющих и липолитических бактерий).
38. Определение численности групп бактерий в поверхностном слое высеванием в различные питательные среды методом предельных десятикратных разведений.
39. Биохимическое определение концентрации АТФ микропланктона и хлорофилла а.
40. Определение гетеротрофно-фотоавтотрофного индекса (HPI) и трофности вод исследованного района; Изучение продукционно-деструкционной сукцесии сообщества.
41. Подводная видеосъемка процесса отбора проб; фотодокументирование этапов работ; съемки короткометражного документального фильма, прошедшего конкурсный отбор Фонда поддержки регионального кинематографа.
     

Предварительные научные результаты:

Научная программа 1-го этапа экспедиции «Экосистемы морей Сибирской Арктики – 2022: процессы в области арктического континентального склона» успешно выполнена. Впервые в Карском море проведены синхронные исследования с борта НИС «Академик Мстислав Келдыш» и с борта уникальной научной установки самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик». Работы реализуются в рамках второго года выполнения проекта Минобрнауки РФ на проведение масштабных научных проектов мирового уровня. Уникальный климатический эксперимент проводился одновременно в Карском море и на территории Западной Сибири, где были выбраны озера и научные станции для дальнейших сопоставлений вклада суши и моря в состав воздуха и аэрозолей. Проведено сопряженное изучение условий и процессов современной и древней седиментации в западной части Карского моря с попутными работами в южной части Баренцева моря; оценены потоки вещества, парниковых газов и загрязнений для определения тенденций их изменения и, в конечном итоге, прогноза климата и социально-экономического развития региона.

Текущие и ожидаемые результаты мультидисципланрных исследований в экспедиции:

1. Впервые в Карском море успешно выполнены синхронные исследования с борта НИС «Академик Мстислав Келдыш» и с борта самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик» для оценок эмиссии парниковых газов и влияния подстилающей поверхности. Непосредственный пролет самолета над судном на расстоянии ~200 м от поверхности моря состоялся дважды 9 и 10 сентября 2022 г. для валидации авиационных алгоритмов расчета характеристик подстилающей водной поверхности.
2. Проведен климатический эксперимент в Карском море, включающий комплекс измерений с борта судна in situ (в водной толще и приводном слое атмосферы) с привлечением УНУ самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик» (измерения в атмосфере и тропосфере) и спутниковой информации о поверхности моря.
3. Данные непрерывных газохимических измерений в приводном слое атмосферы, как правило, показывали фоновые концентрации метана (1,95 ppm), характерные для Арктического региона. Локально фиксировались существенно повышенные концентрации этого парникового газа: в Карском море на Приямальском шельфе при пересечении Байдарацкой губы (8 сентября, более 2,09 ppm) и в Баренцевом море к северу от о. Колгуев (16 сентября, около 2,05 ppm).
4. Повышенные концентрации растворенного метана в водной толще (до 136 нмоль/л) наблюдались на Приямальском шельфе при глубинах мельче 30–20 м.
5. Надежно зафиксированы признаки устойчивой геологической диффузной фильтрации углеводородных газов (преимущественно метана) и растворов из коллекторов Южно-Карской нефтегазоносной области. Состав углеводородов в осадках и взвеси, а также изотопно-геохимические исследования углеводородных газов в осадочной толще позволят восстановить природу глубинных газовых флюидов.
6. Выполнены исследования современной седиментационной системы: аэрозоли приводного слоя атмосферы – взвесь водной толщи – пограничный слой вода–осадок (наилок), включая комплексное изучение рассеянного осадочного вещества и гидрохимических условий среды водной толщи, а также уровня первичной продукции в верхнем деятельном слое. Получен непрерывный ряд наблюдений массовой концентрации сажи (микрокристаллического углерода) – важного климатического фактора, определяющего альбедо однократного аэрозольного рассеяния в видимой области спектра.
7. Новые данные о потоках осадочного вещества будут получены после анализа данных 2-х Автоматических глубоководных седиментационных обсерваторий (АГОС), проработавших 4 суток на Приямальском шельфе.
8. Выполнены исследования углеводородов поверхностного водного микрослоя, представляющего собой геохимический барьер на границе атмосферы и гидросферы.  Установлено концентрирование углеводородов в поверхностном микрослое во взвешенной форме. Силы поверхностного натяжения создают физически стабильный микрослой, но он подвержен бóльшим изменениям окружающей среды и климата, чем толща воды.
9. На дне одной из депрессий Западно-Карской ступени впервые прицельно опробованы осадочные валообразные тела (глубина менее 300 м), которые мы интерпретируем как контуритовые дрифты. Эти структуры, образовавшиеся за счет деятельности придонных течений, возникли в голоцене (до 18 тыс. лет назад) при формировании морских условий в этом регионе. Первые данные изучения колонки, отобранной в центральной части предполагаемого дрифта, показали хорошую сопоставимость изменений световых характеристик осадка с горизонтами, выделенными по сейсмоакустическим данным.
10. Показано, что основу Ямальского течения в Байдарацкой губе составляют талые береговые воды и подток в залив по дну тяжелых и холодных вод Восточно-Новоземельского течения.  Теплые баренцевоморские воды через пролив попадают в верхнюю часть губы и у берегов полуострова Ямал отворачивают на север.
11. Два зональных разреза, выполненных от полуострова Ямал до Восточно-Новоземельской впадины, показали, что в сентябре распресненные воды рек Оби и Енисея достигали акватории архипелага Новая Земля.
12. Данные лидарного зондирования позволили зарегистрировать в проливе Карские ворота внутреннюю волну с периодом 4–8 минут на глубине 11–13 м.
13. С помощью термокосы в Карском море зарегистрированы внутренние волны амплитудой 3–11 м и периодом от 5 до 17 минут.
14. Изучено поле затухающего кокколитофоридного цветения в южной части Баренцева моря. Согласно непрерывным измерениям показателя ослабления света морской водой в поверхностном слое по ходу судна, концентрация клеток в литре воды варьировала от 3,0 до 1,5 миллионов, что соответствует спутниковым данным сканеров цвета моря, рассчитанным по алгоритму Лаборатории оптики океана ИО РАН.
15. Проведена верификация сигналов поляризационного лидарного зондирования поверхностного слоя моря с данными вертикальных профилей распределения температуры, плотности, солености, флуоресценции хлорофилла и показателя ослабления света водой, что позволит получить информацию о положении термоклина и взвесенесущих слоев по всему маршруту судна.
16. Выполнен сбор частиц микропластика в поверхностном слое воды Карского и Баренцева морей. Потенциальные пластиковые частицы будут идентифицированы в стационарной лаборатории при помощи ИК-спектрометра с Фурье преобразованием.
17. В морях, подверженных мощному стоку рек, отмечается активный рост колоний бактерий, связанный с обогащением этих вод биогенными элементами. Концентрация АТФ будет рассматриваться как показатель метаболически активной биомассы микропланктона. По количеству хлорофилла а планируется оценить потенциал первичной продукции биосинтеза органического вещества микропланктоном.
18. Оценки активных процессов микробной сульфатредукции, а также микробного окисления растворенного метана будут получены после анализа проб воды и осадков, что представляет интерес для исследования региональных особенностей процессов диагенеза. Выделение тотальной ДНК из восстановленных донных осадков позволит выполнить анализ полного филогенетического состава микробных сообществ на основе данных высокопроизводительного секвенирования.
19. Результаты исследования железомарганцевых конкреций, обнаруженных на поверхности дна в пределах Западно-Карской ступени, позволят расширить наши представления об особенностях процессов диагенеза в этом районе моря.
20. На основании экологии организмов, обнаруженных в составе ископаемых биоценозов, будут восстановлены многие физико-химические черты среды их обитания и захоронения в осадках, что позволит уверенно судить о солености, температуре, газовом режиме, подвижности вод в геологическом прошлом. В комплексе с изотопно-геохимическими и литологическими данными, изучение микроостатков планктонных бентосных организмов позволяет проводить надежные реконструкции палеоклимата, чтобы понять механизмы климатических изменений в настоящем и будущем.

Список организаций, участвующих в экспедиции:

1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН), вклюсчая Атлантическое, Северо-Западное, Южное отделения и Санкт-Петербургский филиал Института.
2. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН).
3. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН).
4. Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук (ФИЦ Биотехнологии РАН), Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН.
5. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Московский физико-технический институт (государственный университет)» (МФТИ).
6. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ им М.В. Ломоносова).
7. Федеральный исследовательский центр «Морской Гидрофизический институт РАН» (ФИЦ МГИ РАН).
8. Федеральный Исследовательский Центр Институт Биологии Южных морей им. А.О. Ковалевского РАН (ФИЦ ИнБЮМ РАН).
9. Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ). Институт наук о Земле.