Лаборатория изучения углерода арктических морей

Лаборатория изучения углерода арктических морей

Перевертайло Татьяна Геннадьевна

к. г.-м. н., доцент Отделения геологии

634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, ТПУ, ИШПР, МНОЛ ИУАМ

пр. Ленина, 2а, стр.5,
Корпус ТПУ №20, ауд. 221

ул. Советская, 73 ,
Корпус ТПУ №1, ауд. 217

Семилетов Игорь Петрович

Ведущий ученый, профессор

Университета Аляска Фэрбанкс

(University Alaska Fairbanks),

зав. лабораторией арктических

исследований ТОИ ДВО РАН

Международная научно-образовательная лаборатория изучения углерода арктических морей создана при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения научно-исследовательских работ по направлению «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий» (Договор от 19 марта 2014 г. № 14.Z50.31.0012).

Исследования осуществляются под руководством ведущего ученого, профессора Игоря Семилетова.

Цель проекта

Изучение механизмов функционирования арктической климатической системы под воздействием глобального потепления.

• Выявление и характеристика процессов, ответственных за современную и будущую эмиссию основных парниковых газов, метана и двуокиси углерода, из Сибирского арктического шельфа в атмосферу с фокусом на изучении Восточно-Сибирского арктического шельфа, который представляет наиболее широкий и мелководный шельф Мирового океана.
• Количественная оценка скорости атмосферной эмиссии основных парниковых газов и определение, насколько эти процессы важны для регионального и глобального баланса метана и двуокиси углерода, а также для цикла углерода в Арктике в целом.
• Количественная оценка скорости деградации подводной мерзлоты в контексте создания модели трансформации метанового потенциала и выброса метана в водную толщу — атмосферу для различных сценариев изменения климата.

Функции лаборатории

В соответствии с возложенными на неё задачами МНОЛ ИУАМ осуществляет следующие функции:

• проводит исследования по направлению «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий» в порядке выполнения ежегодного плана работ;
• выполняет заказы на научные исследования и разработки для юридических и физических лиц на основе гражданско-правовых договоров и государственных контрактов, заключенных с ТПУ;
• осуществляет подготовку к изданию научных докладов, статей и других публикаций, содержащих результаты научной деятельности МНОЛ ИУАМ;
• организует и проводит научные конференции, семинары, школы и другие мероприятия, в том числе с участием зарубежных специалистов;
• привлекает российских и иностранных специалистов, молодых ученых и студентов образовательных организаций высшего образования и научных организаций для участия в мероприятиях, выступлений и реализации совместной работы в области геологии и экологии арктических районов и других смежных наук;
• привлекает к научной работе и научным мероприятиям МНОЛ ИУАМ работников, студентов и аспирантов ТПУ;
  использует результаты и сведения, полученные в процессе научных исследований и мероприятий МНОЛ ИУАМ в образовательном процессе;
• устанавливает научные связи с российскими и зарубежными научными организациями, образовательными организациями высшего образования и исследователями, активно работающими по тематике МНОЛ ИУАМ;
• участвует в реализации дополнительных профессиональных образовательных программ по научной тематике МНОЛ ИУАМ.

Основные задачи лаборатории

Основными задачами МНОЛ ИУАМ являются проведение научных исследований по направлению «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий», включая:

• осуществление научно-исследовательской деятельности (в рамках заявленного направления исследования), в том числе для правительственных и неправительственных организаций, иных юридических и физических лиц;
• изучение и обобщение отечественного и мирового опыта по направлению научных исследований;
• распространение результатов научных исследований;
• привлечение к научно-исследовательской работе студентов ТПУ, научно-педагогических и других работников ТПУ;
• использование результатов научных исследований и разработок в образовательном процессе;
• организация совместной научно-исследовательской деятельности с российскими, зарубежными и международными организациями.

Источник

Международная научно-образовательная лаборатория изучения углерода арктических морей

По данным на 30.01.2020

В 2014 году на базе Национального исследовательского Томского политехнического университета была создана Международная научно-образовательная лаборатория изучения углерода арктических морей. По данным исследований на шельфе морей Восточной Арктики — самом широком и мелководном шельфе Мирового океана, усиливаются процессы ледового выпахивания донных осадков (процессы ледовой экзарации), а также были обнаружены процессы выбросов метана на дне шельфа. Перечисленные процессы представляют опасность практически для всех видов деятельности, включая эксплуатацию Северного морского пути (СМП), а также освоения нефтегазовых месторождений шельфа. Работа лаборатории направлена на поиск способов минимизации рисков при освоении шельфа.

Название проекта: Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий

Приоритет СНТР: е

• Развитие и расширение комплексных исследований, направленных на уточнение роли подводной мерзлоты, возможной дестабилизации гидратов, восходящего потока газа из глубинных геологических источников – процессов, которые определяют величину выброса метана из осадков в воду/атмосферу

• Выявление и изучение основных процессов, ответственных за формирование пула древнего органического вещества (ОВ) наземного происхождения в современных донных отложениях

Цель проекта: Выявление характерных особенностей и оценка масштабов пространственно-временной изменчивости основных компонентов цикла углерода на Сибирском арктическом шельфе в условиях потепления и деградации мерзлоты, с фокусом на самом широком и мелководном шельфе Мирового океана – морях Восточной Арктики (МВА) – как на источнике парниковых газов глобальной значимости

• Выполнена количественная оценка потока пузырькового метана на шельфе морей Восточной Арктики (МВА) на основе комплексных биогеохимических, геофизических, и геологических исследований. Установлено, что в зависимости от состояния подводной мерзлоты (данные колонкового бурения, геофизических исследований и усовершенствованная математическая модель) величина потока может изменяться на 5 порядков – от мг до сотен граммов с квадратного метра в сутки.
• Установлено с помощью более чем 200 000 000 прецизионных измерений концентрации атмосферного метана и двуокиси углерода и более чем 14 000 измерений концентрации растворенного метана, что в МВА наблюдаются аномально высокие концентрации этих форм метана. Причем наиболее высокие значения содержания газа были обнаружены в районах массированных выбросов пузырькового метана, где они достигали значений до 3,5–8,0 ppm – кратно выше среднепланетарных концентраций, что, исходя из фундаментальных принципов сохранения масс-баланса, требует величины эмиссии метана из океана в атмосферу от десятков г СН₄ м -2 сут -1 до более 100 г СН₄ м -2 сут -1 .
• Проведены в течение двух лет наземные измерения на базе Полярной геофизической обсерватории с помощью аппаратуры, идентичной использованной в море. На основе этих измерений показано, что при доминировании ветров северных румбов (с моря) концентрации атмосферного метана возрастали до 2,4–2,6 ppm и что наземные экосистемы Севера (Якутия) являются менее значимым источником атмосферного метана (измерены околофоновые концентрации, при доминирующих ветрах южных румбов).
• Показано, что источником пузырькового выброса метана являются не только районы моря Лаптевых с высокой сейсмотектонической активностью, но и пассивные в геологическом отношении районы шельфа МВА, а также морские лагуны. Предполагается, что открытие мощных выбросов пузырькового метана, обнаруженных в центральной части Восточно-Сибирского моря, может свидетельствовать о наличии аномального геотермического потока, что противоречит принятой парадигме о сейсмотектонической пассивности Восточно-Сибирского моря.
• Подтверждена гипотеза о том, что наблюдаемые аномалии метана на шельфе МВА имеют различный генезис, включая термогенный, биогенный и, возможно, абиогенный. Из рассмотрения изотопных характеристик (δ 13 С-СН₄, δ 14 С-СН₄, δD-СН₄) различных видов метана и данных, полученных в воде и осадках (кернах) моря Лаптевых, следует, что в изучаемых пробах присутствует газ из всех известных источников, в то время как метан, обнаруженный в Восточно-Сибирском море, скорее всего, является преимущественно термогенным. На основе изучения более 500 проб сделан вывод о том, что диапазон изменчивости изотопного состава метана (δ 13 С-СН₄, δ 14 С-СН₄, δD-СН₄) выходит за рамки диапазона всех ранее известных изотопных данных, что требует дополнительных междисциплинарных исследований.
• Показана возможность восходящего просачивания легких нефтяных углеводородов на основании анализа распределения четных и нечетных н-алканов в поверхностных осадках в районе массированного пузырькового выброса метана в море Лаптевых и в 40-метровом керне, отобранном в Ивашкинской лагуне. Это свидетельствует о наличии глубинных путей миграции для газожидкостного флюида даже в лагуне – бывшем термокарстовом озере, в геологическом масштабе недавно соединенном с морем.
• Показано, что за последние восемь лет площадь ареала распространения СН₄ из МВА в атмосферу (концентрация растворенного СН₄ выше 20 нМ) увеличилась примерно в 8–10 раз, что демонстрирует прогрессирующую деградацию подводной мерзлоты темпами намного выше ожидаемых.
• Доказано, что основными факторами, определяющими значительное перенасыщение вод МВА двуокисью углерода (аномально высокие значения рСО₂ в поверхностных водах) и экстремальную асидификацию вод МВА, являются возрастающее влияние речного стока и деградации многолетней мерзлоты, что проявляется в увеличении количества эрозионного наземного органического вещества, минерализирующегося на шельфе, а также рост температуры поверхностных вод в условиях сокращения ледовитости арктических морей.
• Впервые выявлена изменчивость экспорта наземного ОВ различного генезиса за последние 9500 лет. Оказалось, что все время доминировал экспорт эрозионного углерода, причем этот сигнал более выражен в Восточно-Сибирском море, чем в море Лаптевых, по той причине, что в нем более значимым оказался вклад почвенного легкого ОВ.

Внедрение результатов исследования:

Полезная модель «Устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими в водоемах пузырьками», полезная модель «Устройство для оценки потока газа, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из дна водоема», изобретение «Способ определения подпора воды при ледовых заторах и зажорах на реках».

Образование и переподготовка кадров:

— Защиты: 4 докторские диссертации, 9 кандидатских диссертаций, 2 выпускные квалификационные работ магистра, 2 выпускные квалификационные работы специалиста.

— Организованы стажировки в Стокгольмском университете (Швеция, 2014-2015 гг.), Исследовательском институте хроматографии (Бельгия, 2015 г.), University of Naples Federico (Италия, 2017 г.), Московском институте стали и сплавов (Россия, 2015 г.).

— Проведены лекции для студентов, в том числе приглашенными лекторами из российских и западных университетов.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Создание на базе Лаборатории Международного арктического сибирского научного центра (МАСНЦ).

— Сделано около 100 научных докладов на национальном и мировом уровне, включая Осеннюю сессию Американского геофизического союза (более 20 тысяч участников из 200 стран) (2015 г.).

— Организован и проведен на базе Стокгольмского университета второй Арктический партнерский форум-2018 в рамках деятельности МАСНЦ – «Криосфера – углерод – климат в Сибирской Арктике: современное состояние и перспективы». Первый Арктический партнерский форум был проведен в ТПУ в ноябре 2016 г.

— Стокгольмский университет (Швеция): совместные исследования, обмены аспирантами и молодыми учеными, совместные научные мероприятия, совместные публикации

— Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (США): совместные исследования, совместные публикации, обмен молодыми учеными

— Гётеборгский университет (Швеция): совместные исследования, совместные научные мероприятия, совместные публикации

— Утрехтский университет (Нидерланды), Манчестерский университет (Великобритания), Амстердамский свободный университет (Нидерланды), Брюссельский университет (Бельгия), Аляскинский университет в Фэрбанксе (США), Университет Джорджии в Атенс (США): совместные исследования, совместные публикации

Источник

Лаборатория изучения углерода арктических морей

Перевертайло Татьяна Геннадьевна

к. г.-м. н., доцент Отделения геологии

634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, ТПУ, ИШПР, МНОЛ ИУАМ

пр. Ленина, 2а, стр.5,
Корпус ТПУ №20, ауд. 221

ул. Советская, 73 ,
Корпус ТПУ №1, ауд. 217

Семилетов Игорь Петрович

Ведущий ученый, профессор

Университета Аляска Фэрбанкс

(University Alaska Fairbanks),

зав. лабораторией арктических

исследований ТОИ ДВО РАН

Международная научно-образовательная лаборатория изучения углерода арктических морей создана при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения научно-исследовательских работ по направлению «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий» (Договор от 19 марта 2014 г. № 14.Z50.31.0012).

Исследования осуществляются под руководством ведущего ученого, профессора Игоря Семилетова.

Цель проекта

Изучение механизмов функционирования арктической климатической системы под воздействием глобального потепления.

• Выявление и характеристика процессов, ответственных за современную и будущую эмиссию основных парниковых газов, метана и двуокиси углерода, из Сибирского арктического шельфа в атмосферу с фокусом на изучении Восточно-Сибирского арктического шельфа, который представляет наиболее широкий и мелководный шельф Мирового океана.
• Количественная оценка скорости атмосферной эмиссии основных парниковых газов и определение, насколько эти процессы важны для регионального и глобального баланса метана и двуокиси углерода, а также для цикла углерода в Арктике в целом.
• Количественная оценка скорости деградации подводной мерзлоты в контексте создания модели трансформации метанового потенциала и выброса метана в водную толщу — атмосферу для различных сценариев изменения климата.

Функции лаборатории

В соответствии с возложенными на неё задачами МНОЛ ИУАМ осуществляет следующие функции:

• проводит исследования по направлению «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий» в порядке выполнения ежегодного плана работ;
• выполняет заказы на научные исследования и разработки для юридических и физических лиц на основе гражданско-правовых договоров и государственных контрактов, заключенных с ТПУ;
• осуществляет подготовку к изданию научных докладов, статей и других публикаций, содержащих результаты научной деятельности МНОЛ ИУАМ;
• организует и проводит научные конференции, семинары, школы и другие мероприятия, в том числе с участием зарубежных специалистов;
• привлекает российских и иностранных специалистов, молодых ученых и студентов образовательных организаций высшего образования и научных организаций для участия в мероприятиях, выступлений и реализации совместной работы в области геологии и экологии арктических районов и других смежных наук;
• привлекает к научной работе и научным мероприятиям МНОЛ ИУАМ работников, студентов и аспирантов ТПУ;
  использует результаты и сведения, полученные в процессе научных исследований и мероприятий МНОЛ ИУАМ в образовательном процессе;
• устанавливает научные связи с российскими и зарубежными научными организациями, образовательными организациями высшего образования и исследователями, активно работающими по тематике МНОЛ ИУАМ;
• участвует в реализации дополнительных профессиональных образовательных программ по научной тематике МНОЛ ИУАМ.

Основные задачи лаборатории

Основными задачами МНОЛ ИУАМ являются проведение научных исследований по направлению «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий», включая:

• осуществление научно-исследовательской деятельности (в рамках заявленного направления исследования), в том числе для правительственных и неправительственных организаций, иных юридических и физических лиц;
• изучение и обобщение отечественного и мирового опыта по направлению научных исследований;
• распространение результатов научных исследований;
• привлечение к научно-исследовательской работе студентов ТПУ, научно-педагогических и других работников ТПУ;
• использование результатов научных исследований и разработок в образовательном процессе;
• организация совместной научно-исследовательской деятельности с российскими, зарубежными и международными организациями.

Источник