Экспедиция проводилась в соответствии с сводным план морских экспедиций на научно-исследовательских судах Федерального агентства научных организаций России на 2016 г., Утвержден Советом по гидросфере Земли Федерального агентства научных организаций, Протокол №11 от 04.03.2016 г. Раз-решение Министерства образования и науки на проведение морских научных исследований во внутренних морских водах, в территориальном море, в исключительной экономической зоне и на континентальном шельфе Российской Федерации № 81 от 15 июня 2016 г.
Другие участвовавшие российские организации:
ИГЕМ РАН, ГЕОХИ РАН, ИГ РАН, ИОА СО РАН, ИФМ СО РАН, ИБВВ РАН, Атлантическое отделение ИО РАН, Южное отделение ИО РАН, Северо-западное отделение ИО РАН, ММБИ РАН, ГНЦ «Курчатовский институт», Московский государственный университет, Санкт-Петербергский государственный университет, Томский государственный университет.
Основные задачи экспедиций, район исследований.
Оценка состояния экосистем Карского моря и эстуариев Оби и Енисея в условиях современных изменений арктического климата, деградации арктической ледовой шапки и усиливающегося антропогенного воздействия; получение оценок гидрофизического, гидрохимического и геохимического режимов в разных районах Карского бассейна, впервые характеризующих весенний сезон; оценка процессов формирования биологической продукции и структуры ключевых биотических компонентов Карской экосистемы в не исследованный до настоящего времени весенний сезон; оценка распространения интенсивного весенне-летнего стока Оби и Енисея по акватории Карского бассейна и его влияния на особенностей структуры и функционирования Арктической шельфовой экосистемы; выявление гидрофизических, гидрохимических и геохимических параметров, характеризующих процессы взаимодействия речных вод и морской среды в эстуариях Оби и Енисея в период интенсивного весенне-летнего стока; оценка механизмов формирования экологических границ и пелагического «биофильтра», ассоциированных с эстуарными фронтальными зонами Оби и Енисея, роли «биофильтра в формировании биологической продуктивности, вертикальных и горизонтальных потоков вещества; выявление особенностей геохимических и бактериальных процессов в донных осадках и наддонной воде; обследование опасных объектов в местах массовых захоронений радиоактивных материалов в заливах Новой Земли и Новоземельской впадине, оценка уровня радиоактивности в районах могильников и местах нахождения наиболее потенциально опасных объектов; оценка структуры и функциональных особенностей пелагических и донных экосистем в местах радиоактивных могильников в заливах восточного берега Новой Земли и Новоземельской впадине.
Организационная структура экспедиции:
Весь комплекс работ выполнен Институтом океанологии Российской академии наук и приглашенными для участия в экспедиции сотрудниками ИГЕМ РАН, ГЕОХИ РАН, ИГ РАН, ИОА СО РАН, ИФМ СО РАН, ИБВВ РАН, Атлантического отделения ИО РАН, Южного отделения ИО РАН, Северо-западного отделения ИО РАН, ММБИ РАН, ГНЦ «Курчатовский институт», Московского государственного университета, Санкт-Петербергского государственного университета, Томского государственного университета.
. Для выполнения работ были сформированы отряды:
- Гидрофизики
- Оптических исследований
- Исследований поверхностного слоя моря
- Биогидрохимии
- Фитопланктона
- Первичной продукции
- Микробиологии и микрогетеротрофов
- Зоопланктона
- Донной фауны и ихтиологии
- Биогеохимии
- Радиогеохимии и гляциологии
- Геолого-геофизических исследований
- Изучения пассивной примеси и аэрозолей
- Инженерно-технических исследований
- Радиофизических исследований
Краткое содержание выполненной программы исследований
Исследования проводились на дрейфовых и якорных комплексных океанологических станциях, на разрезах, пересекающих наиболее важные по свойствам пелагической и донной среды, структуре и продуктивности пелагических и донных сообществ районы бассейна, а также по маршруту судна на переходах из одного района исследований в другой. Работы охватывали шельфовые, склоновые и глубоководные (Новоземельская впадина) районы моря в диапазоне глубин от 10 до 400 м, эстуарные области Оби и Енисея, области шельфа Карского бассейна, примыкающие к эстуариям Оби и Енисея, в разной степени подверженные влиянию речного стока и антропогенного воздействия, а также заливы восточного берега Новой Земли разной орографии, глубины и широтой локализации.
Объем выполненных работ и причины невыполнения запланированных работ.
Объемы проведенных измерений/опробирования параметров/компонентов пелагической и донной среды:
- общая протяженность экспедиционного маршрута - 4808 миль (8904 км);
- общая протяженность разрезов с непрерывными гидрофизическими и биофизическими
измерениями и опробированием поверхностного слоя моря общей протяженностью 4365
км;
- протяженность маршрута с измерением поверхностной термохалинной структуры (SBE21), 4365 км;
- протяженность маршрута с измерением течений (ADCP), 4365 км;
— протяженность маршрута с непрерывными измерениями проточным измерительным
комплексом (флуориметр ПФД-2 и кондуктометр «Эксперт-002-2-6Пр»;
— протяженность маршрута с непрерывными измерениями свойств поверхностного слоя
Моря лидаром УФЛ-9;
— количество калибровочных станция лидара УФЛ-9 – 6;
— общая протяженность эхолотных профилирований – 5785 км;
- 131 комплексная океанографическая станция;
- комплексные океанологические исследования 6 заливов восточного берега Новой Земли – Благополучия, Седова, Ога, Цивольки, Степового, Абросимова;
- 5 комплексных океанографических разрезов с детальной оценкой вертикального распределения и пространственной изменчивости среды и биотических, геохимических и геологических компонентов пелагических и донных экосистем;
— станции с CTD-зондированиями и отбором проб воды батометрами на карусели – 112;
— общее число CTD-зондирований и отборов проб на станциях – 180;
— количество станций вертикального зондирования в автономном режиме с борта лодки
«Зодиак» (SBE19+) — 7;
— количество береговых станций с измерениями автономным зондом SBE19+ — 3;
— количество отобранных на станциях батометров — 2146
— количество станций с зондированиями прозрачномером ПУМ — 90;
— количество зондирований прозрачномером ПУМ-А - 62;
— количество зондирований прозрачномером ПУМ-А в заливах Новой Земли - 8;
— количество станций с зондированием измерителем ФАР Li-Cor — 41;
— спектральные измерения падающей радиации палубным модулем спектрорадиометра BIC
- 36 суток;
— спектральные измерения падающей радиации палубным датчиком ФАР прибора Li-Cor
- 36 суток;;
— спектральные измерения падающей радиации спектральным радиометром Ramsez
— 3 суток;
— количество станций с зондированием спектральным радиометром Ramsez — 20;
— количество станций c измерениями плавающим радиометром ПРО-1 — 14;
— количество станций c измерениями прозрачности диском Секки — 68;
— принято спутниковых карт – 55;
— станций с отбором проб для гидрохимического анализа - 92;
- точек с отбором проб для гидрохимического анализа на высадках в заливах Благополучия, Седова, Ога, Цивольки, Степовова и Абросимова - 27;
— всего горизонтов отбора гидрохимических проб - 569;
— всего гидрохимических определения в пробах воды - 4841;
в том числе:
- анализов содержания растворенного кислорода - 526;
- анализов величины рН - 573 анализов;
- анализов величины общей щелочности - 573;
- анализов содержания минерального фосфора - 548;
- анализов общего фосфора — 207;
- анализов растворенного кремния - 563;
- анализов нитритного азота - 550;
- анализов нитратного азота - 550;
- анализов аммонийного азота - 543;
- анализов общего растворенного азота - 208;
- анализов воды для обеспечения лабораторных экспериментов - 7;
— выполнено станций с отбором проб фитопланктона - 77;
— собрано проб фитопланктона батометрических - 300;
— собрано проб фитопланктона сетью Апштейна- 22;
— обработано проб фитопланктона батометрических - 300;
— обработано проб фитопланктона, собранных сетью Апштейна - 22;
— собрано поверхностных проб фитопланктона в заливах Новой Земли - 17;
— обработано поверхностных проб фитопланктона из заливах Новой Земли - 17;
— отобрано проб фитопланктона из наддонного слоя воды (бокс-корер) - 15;
— обработано проб фитопланктона из наддонного слоя воды (бокс-корер) - 15;
— отобрано и обработано проб из криоконитовых стаканов ледника Серп и Молот (Новая
Земля) - 3;
— станций с измерениями концентрации хлорофилла «а» - 94;
— станций с измерениями концентрации феофетина «а» - 94;
— проб с измерениями концентрации хлорофилла «а» — 693;
— проб с измерениями концентрации феофетина «а» - 693;
— станций с измерения первичной продукции фитопланктона - 79;
— определения первичной продукции в пробах - 215;
— экспериментов по изучению пространственной изменчивости параметров световых кривых фотосинтеза - 12;
— станций с отбором проб басктеропланктона - 66;
— станций с отбором проб басктеропланктона в заливах Новой Земли - 19;
— собрано проб для определения общей численности, биомассы и морфологического состава бактериопланктона - 265;
— выполнено измерений общей численности бактериопланктона с помощью проточной цитометрии - 265;
— определена концентрация агрегированных бактерий - 265 проб;
— собрано проб для определения концентрации вирусных частиц в планктоне - 100;
— собрано проб для определения концентрации вирусных частиц в верхнем слое донных осадков - 21;
— собрано проб для анализа количества инфицированных вирусами бактериальных клеток — 100;
— подготовлено препаратов для определения доли бактериальных клеток с активной электронно-транспортной цепью (СТС) - 100;
— поставлено экспериментов по определению продукции бактериопланктона - 177;
— собрано проб для анализа количества вирусных частиц и инфицированных бактериальных клеток — 123;
— собрано проб для анализа количества и определения видового состава гетеротрофных нанофлагеллят — 125;
— поставлено экспериментов по оценке выедания бактериопланктона гетеротрофными нанофлагеллятами - 56;
- выполнено станций с исследованием структурных и функциональных характеристик зоопланктонного сообщества - 97;
— выполнено ловов планктонными сетями Джеди, MULTINET, сеть Апштейна, Большая коническая сеть для оценки видового состава, количественного распределения и трофических характеристик зоопланктона - 379;
из них:
— собрано проб для анализа структурных параметров зоопланктона — 223;
— собрано проб для проведения экспериментов и получения трофических оценок — 156;
- выполнено ловов модифицированной сетью Апштейна для анализа мелкоразмерной фракции зоопланктона и видового состава фитопланктона - 7;
— выполнено анализов по определению интенсивности питания растительноядного мезопланктона - 2493;
- выполнено анализов по определению продукции яиц у массовых видов растительноядного мезопланктона - 12;
— выполнено для сбора ихтиопланктона тралений сетью Бонго - 26;
— выполнено для сбора ихтиопланктона тралений малым ихтиотралом - 8;
— выполнено для сбора ихтиофауны тралений тралом Айзекса-Кида - 6
— получен ихтиологический материал из тралений тралом Сигсби 1.5 м - 6;
— выполнено траловых станций (трал Сигсби 1.5 м) для сбора донной фауны - 7;
— получено дночерпательных проб для оценки количества и состава донной фауны - 134;
— получено проб из бокс-корера для оценки количества и состава донной фауны - 19;
— собрано проб для молекуляро-биологических исследований донной фауны - 29;
— получено проб:
макробентос качественные пробы (трал) — 7
макробентос количественные пробы (дночерпатель) — 100
пробы мейобентоса - 84
пробы микрофитобентоса - 21
пробы на Сорг - 73
- выпонено станций в ходе береговых исследований в заливах Новой Земли - 11;
— отобрано и проанализировано проб растворенного органического углерода — 380 (37 станций, 177 горизонтов);
— отобрано и зафиксировано проб для анализа взвешенного органического углерода — 225 (37 станций, 177 горизонтов);
— отобрано и зафиксировано проб морской воды для анализа липидов – 11 (7 станций);
- отобрано проб биоты для определения их биохимического состава – 8;
— отобрано проб для биогеохимических анализов:
на растворенный органический углерод — 380 (37 станций, 177 горизонтов);
на взвешенный органический углерод - 225 (37 станций, 177 горизонтов);
на экстракцию липидов — 11 (11 станций, 11 горизонтов);
донных осадков из бокс-корера - 68 (12 станций, 68 горизонтов);
донных осадков из трубки Неймисто - 12 (2 станции, 12 горизонтов);
донных осадков из ТБД - 138 ( 5 станций, 138 горизонтов);
— выполнено измерений массовой концентрации сажевого аэрозоля аэтолометром - 1370;
— выполнено определений счетной концентрации аэрозольный частиц счетчиком АЗ-10
— отобрано проб для химического анализа состава атмосферы – 24;
— выполнено измерений характеристик спектральной прозрачности атмосферы - 1400;
— выполнено отборов проб для проведения радиогеохимических анализов донных осадков
(всего 1484):
проб из бокс-корера на 31 станции на гаммоспектрометрию и геохимию - 796;
проб из бокс-корера на 31 станции на литологию и минеральный состав - 190;
проб из бокс-корера на 31 станции на датирование по 14С - 39;
проб из бокс-корера на 31 станции на гранулометрию - 25;
— выполнено отборов проб для проведения радиогеохимических анализов донных осадков:
проб из колонок ГТБД на 5 станциях на литолгию и минеральный состав - 172;
проб из колонок ГТБД на 5 станциях на Сорг - 166;
проб из колонок ГТБД на 5 станциях на геохимические анализы состав - 163;
проб из колонок ГТБД на 5 станциях на структурный анализ - 12;
проб из колонок ГТБД на 5 станциях на анализ поровых вод - 42;
проб из колонок ГТБД на 5 станциях на анализ влажности осадка - 42;
— выполнено отборов проб воды и взвеси для проведения радиогеохимических анализов
(всего 470, всего фильтров 701):
получено фильтров для определения количества взвеси и ее минерального
получено фильтров для определения углеводородов - 83;
получено проб на анализ изотопии δD, δ18O - 236;
получено проб для анализа DIC (растворенный неорган. углерод) - 200;
— выполнено отборов проб льда для проведения радиогеохимических анализов (всего
254):
получено проб для радиометрический анализов - 89;
получено проб на анализ изотопии δD, δ18O - 165;
— выполнено отборов проб коренных пород, почв и растительности на Новой Земле (всего
35):
почвенные пробы - 17;
пробы растительности - 6;
пробы коренных пород - 12;
— выполнено разрезов с подводной видеосъемкой донных ландшафтов и подводных объектов платформой «Видеомодуль», часов – 19, общий объем записи – 60,3 Гб;
— проведено подводной видеосъемки донных ландшафтов и подводных объектов РОВ «СуперГНОМ», часов – 6,5, объем записи – 6,7 Гб;
— общая площадь дна, покрытая дна гидролокационной съёмкой – более 12 кв. км;
— общая площадь дна, покрытая гидролокационной съёмкой высокого разрешения – 1,5 кв. км;
— обследовано подводных объектов в составе радиоактивных могильников – 7;
— общий объем радиофизической информации - 22,3 Гб;
— банк спектрограмм в диапазоне 0,01-3,6 ГГц - 940 спектров;
— банк данных монитора уровня сигнала ККС в диапазоне 283,5- 325 кГц - 860 часов непрерывной записи;
— банк данных мониторинга спектра сигналов в диапазоне СДВ-ДВ-СВ (9-800 кГц) - 20 ГБ;
— банк данных по Шумановским резонансам - непрерывные записи в течение 2,5 суток (169МБ);
— банк данных 5-минутных реализаций сигналов с цифрового осциллографа АКИП-75444В (АЦП 16-бит) с частотой дискретизации 200 Гц, 2 кГц, 100 кГц и 200 кГц - 2 ГБ;
— зондирований голографическим зондом с записью голографической информации - 9;
— зондирований оптическим зондом с записью информации о состоянии среды - 5;
Предварительные научные результаты.
Проведенные экспедиционные исследования позволили впервые получить характеристики ключевых компонентов экосистемы Карского моря в весенне-летний сезон непосредственно после схода сезонного ледового покрытия и период интенсивного стока Оби и Енисея.
В центральной части Карского моря, несмотря на недавний сход сезонного ледового покрытия, содержание биогенных элементов в верхнем квазиоднородном слое было крайне низким Концентрации фосфатов и нитратного азота были близки к пределу обнаружения – 0.02 и 0.03 µМ, соответственно.
Получены первые оценки состояния фитопланктонных сообществ Карского моря в середине июля в период следующий за сходом сезонного льда.
В центральных и западных районах Карского моря несмотря на раннелетний сезон были зарегистрированы экстремально низкие (< 0.1 мг/м3) величины концентрации хлорофилла в поверхностном слое.
Общая численность бактерий в Обском эстуарии и на прилежащем шельфе варьировала в очень широких пределах – от 98 тыс. кл/мл до 4.5 млн. кл/мл.
В центральной и западной частях Карского моря концентрации зоопланктона варьировала от 0.23 до 1.0 мл/м3, максимальные величины наблюдались на внешнем шельфе.
В экспедиции получен большой массив данных, которые дадут возможность оценить многолетние изменения в структуре донных сообществ эстуариев, их синхронность для Оби и Енисея, и выявить связи в изменениях структуры сообществ донной фауны с параметрами стока.
В ихтиопланктоне Карского моря в начале летнего сезона были обнаружены ранние стадии развития 13 видов рыб относящихся к 5 семействам.
Исследования поверхностных осадков Обь-Енисейского мелководья и эстуарных зон Оби и Енисея, позволило выявить несколько фациальных зон.
По данным анализа проб льда с поверхности ледника Налли и на фронте ледника Серп и Молот, будут сделаны оценки его загрязнения радиоизотопами 137Cs, поступившего на поверхность ледника после испытаний атомного оружия на Новой Земле в 1960-х гг.
Сопоставление выделенных кластеров поверхностного слоя донных осадков на акватории Карского моря с соответствующими им литотипами, позволило выделить две большие генетические группы осадков (согласно источнику их поступления): речные (влекомые наносы, взвеси, растворы) и локальные.
Получен непрерывный ряд наблюдений за характеристиками массовой концентрации сажи, счетной концентрации аэрозоля.
С помощью голографического зонда записаны цифровые голограммы организмов зоопланктона и частиц “in situ” и получены вертикальные профили распределения частиц с одновременной записью CTD-параметров водной толщи.
В заливе Благополучия были выполнение разрезы буксируемой видео платформой, которые дополнены работами ТНПА «СуперГном» в прибрежной части, где вероятно обнаружение следов захоронение ТРО.
Во время исследований с использованием буксируемой платформы с установленным на ней гаммаспектрометром в заливе Благополучия было зарегистрировано 152 гамма-спектра.
По результатам радиофизических измерений определен радиус действия контрольно-корректирующей станции (ККС) системы ГЛОНАСС «Канин Нос».