Отправить новость
834 просмотра Версия для печати

Радионуклиды помогли ученым ТПУ первыми в мире «засечь» разгрузку подмерзлотных грунтовых вод с материка на арктический шельф

Ученые Томского политехнического университета в ходе экспедиций в моря Сибирской Арктики доказали, что на арктический шельф проникает подмерзлотная грунтовая вода с материка. Такая зона проникновения была обнаружена в море Лаптевых, в губе Буор-Хая. Моделирование показало, что объем стока грунтовых вод в этом месте равен зимнему стоку крупной реки Яны. На протяжении многих лет российские и зарубежные ученые могли лишь предполагать возможность разгрузки подмерзлотной грунтовой воды на арктический шельф, так как было принято считать, что прибрежный шельф характеризуется присутствием сплошной подводной мерзлоты, которая блокирует восходящее движение глубинного газо-жидкостного флюида. Оказалось, что это не так.

Фото: предоставлено участниками арктических экспедиций с участием Томского политеха. 

Выполнение этой работы стало возможным в результате интеграции усилий ученых Международной научно-образовательной лаборатории углерода арктических морей ТПУ и Лаборатории арктических исследований Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН (ТОИ). В дальнейшем политехникам предстоит выяснить масштабы разгрузки подмерзлотных грунтовых вод на арктический шельф и выявить их влияние на экосистему арктических морей. Результаты совместного исследования ученых ТПУ и ТОИ опубликованы в журнале «Cryosphere» (IF 4,803; Q1).

«До нашего открытия не было прямых доказательств того, что подмерзлотные грунтовые воды участвуют в разгрузке воды с материка в Северный Ледовитый океан, наряду со стоком рек. Даже существовало мнение, что это невозможно из-за естественного препятствия — наличия сплошной подводной мерзлоты.

Нам впервые удалось доказать существование феномена разгрузки (разгрузка — выход грунтовой воды — ред.) подмерзлотной грунтовой воды на арктический шельф.Первые аномалии мы стали замечать еще в 2002 году во время исследований в морях Сибирской Арктики. На некоторых участках мы фиксировали в промежуточных слоях морской воды более холодную воду, но тогда недостаточная оснащенность научным оборудованием не позволила выяснить, в чем причина этого явления», — рассказывает научный сотрудник Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей (МНОЛ) ТПУ, кандидат геолого-минералогических наук Александр Чаркин.

В рамках выполнения экспедиционных исследований МНОЛ по проектам Правительства РФ (руководитель — профессор Игорь Семилетов) и Российского научного фонда (руководитель — профессор Наталья Шахова) в 2014-2015 годов в губе Буор-Хая ученые обнаружили в аномально холодных водах повышенные значения короткоживущих радиоизотопов радона и радия. Обычно повышенная концентрация этих изотопов наблюдается в придонных водах, так как их естественный источник — донные отложения.

«Началась настоящая охота на аномальную воду. Сначала мы ориентировались только на температуру воды и обнаружили, что в одном месте температура воды от поверхности до самого дна была значительно холоднее окружающей воды. В этом месте мы взяли пробы воды на короткоживущие и долгоживущие радионуклиды, результаты показали повышенную концентрацию естественных радионуклидов радия и радона. Затем мы провели в этом же месте комплексные геофизические работы, направленные на выявление разрыва в сплошности подводной мерзлоты, и выяснилось, что здесь находится сквозной талик — участок шельфа без мерзлоты, который образовался на месте тектонического разлома», — поясняет исследователь.

Пока ученые детально исследовали только одну зону разгрузки подмерзлотной грунтовой воды в губе Буор-Хая. В ближайших планах — расширение района исследований на весь шельф морей Восточной Арктики.

«Эта работа была бы маловероятной без подключения к работе исследовательской группы Инженерной школы природных ресурсов ТПУ и ТОИ, сотрудников Инженерной школы ядерных технологий Томского политеха. Их знания в области миграции радионуклидов и соответствующее научное оборудование позволили нам доказать существование феномена разгрузки подмерзлотных грунтовых вод. И сейчас к работе подключились пятеро молодых физиков ТПУ — это Максим Черепнев, Александр Овсенев, Станислав Чурсин, Никита Заикин, Андрей Удалов», — отмечает Александр Чаркин.

По словам научного руководителя исследования, руководителя Международной лаборатории изучения углерода арктических морей ТПУ, член-корреспондента РАН Игоря Семилетова, политехникам удалось решить важную фундаментальную задачу.

«Теперь нам предстоит найти ответ на вопрос о масштабах выхода грунтовых вод и их влиянии на биогеохимический режим арктических морей. Пока моделирование показало, что объем стока грунтовых вод в этом месте в Буор-Хая равен зимнему стоку крупной реки Яны.

Наша стратегическая цель — провести масштабные исследования, направленные на оценку роли разгрузки подмерзлотных вод на морскую арктическую экосистему и на пресноводный баланс всего Северного Ледовитого океана. Это крайне перспективное научное направление, в котором ученые Томского политеха, объединившие на своей научно-технологической платформе знания и аппаратурные возможности ряда институтов РАН и зарубежных университетов, продемонстрировали мировое лидерство», — говорит Игорь Семилетов.

Напомним, на базе Томского политеха реализуется крупный научный проект «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий», на его поддержку политехники получили гранты Правительства РФ и Российского научного фонда.

«За неполные четыре года реализации проекта мы опубликовали в журналах первого квартиля более 70 статей, их совокупный импакт-фактор превышает 200. Эти работы вносят важный вклад в понимание функционирования климатической системы Арктики. Большое внимание мы уделяем участию в проекте молодых ученых, таких как Александр Чаркин, Елена Панова, Алексей Рубан, Андрей Гринько, Юлия Моисеева и многие другие», — отмечает руководитель проекта.

Дальнейшее развитие исследований планируется по трем основным направлениям.

«По научным тематикам мы видим развитие и продолжение исследований по морской органической геохимии — здесь активно работает группа профессора ТПУ И.В. Гончарова, другое направление — это исследования механизмов массированных выбросов метана из донных отложений морей Восточной Арктики под руководством профессора ТПУ Натальи Шаховой.

На подходе новый прибор для регистрации пульсаций атмосферных концентраций основных парниковых газов: метана и двуокиси углерода.

Кроме того, наши шведские коллеги из Стокгольмского университета (группа профессора О. Густафссона) совместно с нашими учеными завершают подготовку нового прибора для высокоточных измерений стабильных изотопов атмосферного метана (С13 и дейтерия), который планируется использовать совместно с коллегами из Арктического и антарктического научно-исследовательского института Роскомгидромета на острове Большевик в море Лаптевых. Это позволит значительно уточнить количественные оценки по выбросу метана гидратов в атмосферу над морями Восточной Арктики. Третье направление — это исследования механизма и масштабов разгрузки грунтовых вод на арктическом шельфе. В этом новом и перспективном направлении мы достигли значимого результата, который и был опубликован в статье Александра Чаркина», — добавляет Игорь Семилетов. 

Заметили ошибку?
Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter