Опубликовано 21 ноября 2022
9:42

Консорциум институтов РАН завершил исследования в Сибирской Арктике

Состоялся уникальный для России климатический эксперимент по изучению геосистем морей Сибирской Арктики. Впервые в Карском море успешно проведены синхронные исследования с научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш»в ходе 89-го рейса и с борта самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик», имеющего статус уникальной научной установки.

 

Исследования в западной части Карского моря, которые можно смело назвать экспериментами мирового уровня, являются реализацией научного плана в рамках проекта Минобрнауки России с использованием самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик». Работы проводятся консорциумом четырех институтов Российской академии наук: Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН (головная организация), Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН в качестве соисполнителей.

Коллективное фото экспедиции. Максим Толстой, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Целью масштабного научного проекта является исследование изменений состава воздуха и характеристик подстилающей поверхности, включая водную, в Российском секторе Арктики и в Сибири в условиях меняющегося климата, для чего синхронно проводятся наземные, корабельные и самолетные измерения.

Лишь некоторые результаты

Так, перед летным отрядом и экспедицией научно-исследовательского судна стояла задача сопряженного изучения условий и процессов современного и древнего осадкообразования (осаждения частиц в водных и воздушных условиях) в западной части Евразийской Арктики с оценкой потоков вещества, парниковых газов и загрязнений с целями обоснованного прогноза климата и среды обитания будущего. Частицы рассматриваются как «твердые носители информации» о среде. Ниже приведем лишь некоторые текущие и ожидаемые результаты мультидисциплинарных исследований в экспедиции.

Научный руководитель проекта, зав. лабораторией климатологии атмосферного состава ИОА СО РАН Борис Белан пояснил, почему выбрана именно эта территория для полета и какие результаты можно озвучить уже сейчас:

– В эксперименте 2020 года самолет-лаборатория облетел с запада на восток шесть северных морей: Баренцево, Карское, Лаптевых, Чукотское, Восточно-Сибирское и Берингово. Над акваторией Карского моря зафиксированы наивысшие концентрации метана. Это удивительно, так как до тех пор, по данным литературы, высокие его значения отмечались только над морем Лаптевых. Южнее Карского моря располагается Большое Васюганское болото, которое является мощнейшим источником метана, и важно сопоставить вклад моря и болота в общую эмиссию. Надеемся проанализировать значительную часть полученных в эксперименте данных в 2022 году. Полный их анализ займет не один месяц и не один год, а сегодня один из качественных результатов таков: концентрация метана в воздухе над Карским морем в 2022 году ниже, чем в 2020, в то время как в среднем в атмосфере планеты зафиксирован рост содержания этого газа.

– Арктика характеризуется большим количеством источников метана и повышенным фоном этого газа в атмосфере. Крупнейшие на арктическом шельфе запасы углеводородов сосредоточены в Карском море в пределах Южно-Карской нефтегазоносной области. В экспедиции надежно зафиксированы признаки устойчивой геологической диффузной фильтрации и струйно-пузырьковых выходов углеводородных газов (преимущественно метана) из глубинных коллекторов нефти и газа. В разных участках дна и в разное время пузырьковый транспорт метана из осадков может преобладать над диффузным и наоборот – то есть активность потока является динамичной, а не постоянной. Наша задача состоит в том, чтобы оценить динамичные потоки парниковых газов с акватории моря, сопоставить их с потоками с суши – из Васюганских болот и понять возможный вклад вечной мерзлоты в эмиссию парниковых газов. Такая амбициознаязадача решается нами впервые в мировой практике научных исследований, и она может быть решена только с помощью синхронных исследований с судна и самолета, – прокомментировала полученные результаты начальник научно-исследовательской экспедиции Марина Кравчишина.

Уникальная научная установка

Самолет-лаборатория оснащен аэрозольным и газоаналитическим комплексами, с помощью которых ученые получают информацию о частицах аэрозоля и газовом составе атмосферы. Аэрозольный комплекс измеряет размер частиц от нанометров до десятка микрометров. С помощью газоанализаторов участники экспедиции видят изменения содержания малых газовых составляющих, в том числе парниковых газов, в воздухе над сушей и над морем. Аппаратура метеорологического и навигационного комплексов измеряет давление, температуру, влажность, скорость и направление ветра на высоте проведения работ, определяет местоположение и пространственную ориентацию самолета.

– Мы продолжаем изучать пространственно-временную изменчивость массовых концентраций аэрозоля и поглощающего вещества с использованием аэталометра (разработка нашего института) и нефелометра, – говорит Полина Зенкова, младший научный сотрудниклаборатории оптики аэрозоля ИОА СО РАН. – Аэтолометр измеряет массовую концентрацию поглощающего вещества («сажи»), эквивалентного черному углероду, знание которой остро необходимо для оценки ее влияния на разогрев атмосферы и снижение отражающих свойств снежного и ледяного покрова в Арктике. Нефелометр определяет направленный коэффициент рассеяния под углом 45 градусов на длине волны 0,53 микрометра, и по эмпирической формуле мы вычисляем массовую концентрацию аэрозоля.

Кроме этого, происходит забор проб воздуха на фильтры, которые после экспедиции систематизируются и направляются в лаборатории для анализа на широкий спектр химических компонентов разной природы. В частности, сотрудники Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор» исследуют биологическую составляющую воздуха – микроорганизмы. Ученые ИОА СО РАН и Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН отбирали пробы на фильтры для последующего анализа на органические и неорганические компоненты. Сейчас идет работа в специализированных лабораториях на определение углеводородного и ионно-элементного состава отобранного аэрозольного вещества.

На бреющем полете

9 и 10 сентября самолет пролетел над морем на низкой высоте, около 200 метров, что позволило исследовать как содержание гидрозоля в 20-30-метровой толще воды, так и за счет регистрации флуоресценции оценить содержание в воде биоты. Для этого в серии исследовательских полетов сотрудники ИОА СО РАН использовали мобильный аэрозольно-рамановский поляризационный лидар (лазерный локатор) «ЛОЗА-А2», при создании которого применялись передовые конструктивные решения.

– Работа в Карском море – это продолжение исследований, которые проводились в арктических морях, но сейчас самолёт-лаборатория пролетал над «Академиком Мстиславом Келдышем» для выполнения синхронных измерений в юго-западной части Карского моря, где нами регистрировались ранее высокие концентрации метана, – рассказывает Сергей Насонов, научный сотрудникгруппы оптического зондирования атмосферы ИОА СО РАН.– Ученые на судне также измеряли флюоресценцию, концентрацию и состав парниковых газов, аэрозолей, гидрозолей и т.д., и теперь мы можем сравниться с их результатами, откалибровать свои данные.

Уникальный климатический эксперимент проводился одновременно не только в Карском море, но и на территории Западной Сибири – для сопоставлений вклада суши и моря в состав воздуха.

Татьяна ДЫМОКУРОВА

Главное фото: Синхронные измерения с УНУ Ту-134 Оптик. Борис Новиков, ФИЦ МГИ РАН