(Из краткого отчета зам. начальника экспедиции Д.И. Глуховца)

Период работ: 6 июня — 17 июня 2021 г.
Зам. начальника экспедиции: Д.И. Глуховец
Капитан судна: Ю.Н. Горбач
Район работ: Карское море
Научный состав: 22 человека

     Темы и проекты исследований:

Экспедиция проводилась в соответствии с Планом-программой экспедиционных исследований на подведомственных Министерству образования и науки Российской Федерации научно-исследовательских судах на 2021 г. Комплексные экспедиционные исследования в 1 этапе 83-га рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» были направлены на выполнение следующих тем государственного задания: 
№ 0128-2021-0002 («Механизмы формирования циркуляционных структур Мирового океана: ключевые процессы в пограничных слоях и их роль в динамике океана на основе экспедиционных исследований, численного и лабораторного моделирования»)
№ 0128-2021-0010 («Технологии инструментальных океанологических наблюдений для исследования физических полей, подводных объектов и экологии в гидросфере: разработка методов и технических средств многопараметрического сканирования водной толщи, дна и подводных объектов автономными и привязными зондами и профилографами»)
№ 0128-2021-0015 («Экстремальные опасные явления, связанные с Мировым океаном»)
АААА-А19-119122390017-4 («Комплексные исследования окружающей среды Южного океана», ТОИ ДВО РАН).

     Основные задачи экспедиции:

1.  Организация судового приборного комплекса и получение данных натурных измерений, в сочетании с данными спутниковых наблюдений, о пространственном распределении биооптических характеристик в Балтийском, Северном, Норвежском, Баренцевом и Белом морях для разработки региональных алгоритмов количественной оценки концентрации хлорофилла.
2. Исследование характеристик кокколитофоридных цветений в Баренцевом море, в зависимости от океанологических и гидрометеорологических условий, на основе данных судовых измерений и спутниковых наблюдений. 
3. Оценка изменений потока фотосинтетически активной радиации, падающей на поверхность океана, в зависимости от широты и гидрометеорологических условий.

      Основные научные результаты:
1.    Комплекс данных натурных гидрооптических измерений на станции 7013.
В юго-западной части Баренцева моря в середине дня 14 июня благодаря благоприятным погодным условиям удалось выполнить полный комплекс подспутниковых гидрооптических измерений и получить: спектры яркости выходящего из воды излучения, вертикальные профили спектральной подводной облучённости, вертикальные профили показателя ослабления света морской водой, спектры показателя поглощения и флуоресценции проб, отобранных на горизонтах 0, 17 и 46 м. 
Следует отметить весьма хорошее соответствие результатов судовых измерений и моделирования. 

По данным измерений спектральной подводной облучённости рассчитаны спектральные значения коэффициента диффузного ослабления нисходящего потока солнечной радиации. Эти данные позволяют оценивать баланс фотосинтетически активной радиации (ФАР) на поверхности моря и ее уровни на различных горизонтах в водной толще. Для проведения такой оценки в течении всей экспедиции выполнялись измерения уровня ФАР, поступающей на поверхность. 

Вертикальные профили показателя ослабления морской воды, флуоресценции, температуры и солености на ст. 7013. Красной горизонтальной линией отмечена глубина 1 % уровня ФАР по данным LiCOR.
Кроме того, на станции получены вертикальные профили температуры и солености морской воды, а также отобраны пробы для прямых определений концентраций хлорофилла а (Хл), взвешенного вещества и видового состава фитопланктона. После подбора спутниковых данных, соответствующих времени судовых измерений, и настройки параметров биооптических моделей будет восстановлен полный набор оптических характеристик исследованной части моря и оценен баланс поступающей солнечной радиации.

Помимо первичных и вторичных гидрооптических характеристик в экспедиции выполнялись флуоресцентные измерения на пробах морской воды. На нем видны: флуоресценция хлорофилла а (возбуждение 350-600 нм / испускание 680-700 нм); флуоресценция фикоэритрина (490-560 нм / 580-600 нм); гуминовых соединений (300-500 нм / 400-550 нм); белковых соединений (270-300 нм / 320-370 нм). Измерения получены для нефильтрованных и фильтрованных проб морской воды, отобранных по ходу движения судна, что позволит выделить компоненты флуоресценции растворенного органического вещества и пигментов вдоль траектории движения судна, а также будет использовано для валидации данных проточных флуорометрических измерений и совместного анализа с измерениями показателей поглощения света.

Трехмерные спектры флуоресценции дают большой объем информации о взвешенных и растворенных в морской воде веществах, однако их измерения довольно трудозатратны. Для экспресс определений содержания окрашенного растворенного органического вещества (ОРОВ) и пигментов фитопланктона удобно использовать возбуждение на нескольких длинах волн. Данные показывают, что содержание ОРОВ мало изменялось с глубиной; на горизонте 17 м хлорофилла а существенно больше, чем на 0 или 46 м. Эти данные хорошо согласуются с результатами абсорбционных измерений.

2.    Пространственное распределение оптических и биогеохимических характеристик в поверхностном слое вдоль маршрута судна.
   
Пространственные распределения интенсивностей флуоресценции ОРОВ и Хл, а также температуры и солености в поверхностном слое морской воды, полученные вдоль маршрута судна представлены на рисунке 8. Данные о солености западнее 10 в.д. будут добавлены после пересчета значений удельной электропроводности, полученных с помощью солемера «Эксперт», и их калибровки по значениям солености, измеренных более точным термосалинографом FSI NXIC. 
Распределение температуры в основном имеет широтный характер, вызванный остыванием тёплого Северо-Атлантического течения при его движении на север. Исключение составляет участок маршрута, расположенный восточнее 40 в.д. Снижение температуры на этом участке, по-видимому, вызвано апвеллингом у восточного побережья Кольского полуострова. 
Основная особенность пространственных распределений солености и интенсивности флуоресценции ОРОВ наблюдается на заключительном участке маршрута – в области влияния речного стока Северной Двины, где пресные речные воды с высоким содержанием желтого вещества смешиваются с более солеными морскими, содержащими существенно меньше растворенного органического вещества. 
В распределении интенсивности флуоресценции Хл можно выделить несколько продуктивных участков: в Норвежском море около 64 с.ш. и у северного побережья скандинавского полуострова, а также в Белом море. Причины зарегистрированной изменчивости будут детальнее исследованы после получения результатов лабораторных определений концентрации хлорофилла а. В целом области повышенных значений соответствуют распределению интенсивности флуоресценции Хл.

В результате выполненных измерений получены данные о влиянии апвеллинга на пространственное распределение оптических и биогеохимических характеристик в области разделения Норвежского течения на Нордкапское и Шпицбергенское течения. По данным проточного измерительного комплекса, флуоресцентного лидара и акустического доплеровского измерителя течений показано, что участок маршрута с максимальными значениями интенсивности флуоресценции растворенного органического вещества соответствует участку с максимальной скоростью течений, а область с максимальной концентрацией хлорофилла смещена относительно зоны апвеллинга на восток, что в том числе подтверждается спутниковыми данными. Интересно отметить, что в данных стандартного продукта спутникового сканера цвета OLCI увеличение содержания растворенной органики в области апвеллинга не проявляется. 

3.    Исследование характеристик кокколитофоридных цветений в Баренцевом море.
В научной программе первого этапа планировалось исследование ранней стадии развития кокколитофоридных цветений. Причиной для внесения в научную программу этого пункта послужило изображение сканера цвета OLCI с характерным для кокколитофоридных цветений увеличением яркости выходящего из воды излучения  (область с центром на 69,6° с.ш., 38° в.д.), полученное примерно за месяц до начала экспедиции. Результат расчета концентрации кокколитофорид с помощью регионального алгоритма Лаборатории оптики океана ИО РАН показал значения 0,4 млн кл./л, однако в период проведения судовых исследований проявлений цветений как по судовым, так и по спутниковым данным зарегистрировано не было.

4.    Оценка изменений потока фотосинтетически активной радиации на поверхности

Данные результатов измерений, меньшие оценочных значений, соответствуют облачной погоде, когда облака закрывали диск солнца. Результаты, превышающие расчетные значения, получены в облачную погоду при открытом солнце – когда на датчик попадают прямые солнечные лучи и свет, рассеянный облаками. Интересно отметить, что 12-15 июня работы проходили во время полярного дня, и солнце не заходило за горизонт круглые сутки.
 

       Список организаций, участвующих в экспедиции:
1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН).
2. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский институт океанологии им. В.И. Ильичева ДВО РАН (ТОИ ДВО РАН).
3. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)» (МФТИ).
4. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова» (МГУ).