Геология и химия океана

Геология и химия океана
1. На основе многолетних исследований Лаборатории микро- и наночастиц в
морской воде, в воздухе, в морских льдах и снеге, биоте и факелах подводных гидротерм
созданы основы нового подхода к изучению геосфер Земли. Новый подход основан на
использовании спутниковых данных, которые верифицируются дистанционными
исследованиями на ходу судна – для поверхности и на станциях – для глубинных слоев.
Данные сканирования верхнего деятельного слоя гидрооптическими, гидроакустическими
и гидрофизическими методами дополняются круглогодичными исследованиями потоков и
течений во всей толще вод на притопленных исследовательских платформах.
Предложенный комплекс новых методов испытан на полигоне «Белое море», на
протяжении 3-х лет работает 8 круглогодичных притопленных платформ. Новый подход
может использоваться для мониторинга второго поколения. Распределение загрязнений
идет по тем же законам, что и их естественных аналогов, что удалось проверить для
тяжелых металлов и углеводородов в Белом море, а также в Арктике и Антарктике и на
разрезах через Атлантический океан. Эта новая система позволяет прослеживать
распределение загрязнений и весь цикл превращений в пространстве и во времени, причем
не только в морской воде, но и в атмосфере, льдах, снеге, биоте и донных осадках, давать
прогнозы на будущее, строить обоснованные модели. Разработки могут быть
рекомендованы для внедрения в системе Гидрометслужбы и МЧС. (Лаб. физикогеологических исследований, рук. – академик Лисицын А.П.).
2. Выполнен геодинамический анализ подвижек в очагах сильнейших землетрясений
и проведены численные эксперименты возникновения и распространения
катастрофических цунами для различных районов Мирового океана (Индийский океан,
Охотское море, Тихий океан). Сделан прогноз о высокой вероятности возникновения
сильнейшего землетрясения и цунами в центральном участке Курильской дуги и
построена соответствующая модель генерации и распространения цунами в Охотском
море и Тихом океане. Произошедшее 15 ноября 2006 г. сильнейшее землетрясение
(М=8.3) и последовавшее цунами полностью подтвердили теоретический прогноз. (Лаб.
сейсмологии и геодинамики рук. – д.ф-м.н. Лобковский Л.И.).
3. Проведено численное моделирование трехмерных мантийных течений на основе
представлений о термохимической конвекции в мантии Земли. Получены картины
крупномасштабных циклических движений в мантии, обусловленных лавинообразными
глобальными нисходящими потоками вещества – аваланшами. Компьютерная модель
гидрохимической эволюции мантии хорошо соответствует известным глобальным циклам
эволюции Земли (циклы Вильсона и Бертрана). (Лаб. сейсмологии и геодинамики рук. –
д.ф-м.н. Лобковский Л.И.).
4. Выполнена переинтерпретация записей донных сейсмографов, полученных в
Северо-Восточной и Северо-Западной котловинах Тихого океана, на поднятиях Шатского
и Хесса. На основе анализа сейсмических волновых полей с использованием новейших
компьютерных технологий уточнены модели земной коры и верхней мантии указанных
тектонических структур. Выявлены зависимости сейсмических параметров земной коры
котловин от возраста литосферы. Поднятия Шатского и Хесса характеризуются
повышенными мощностями земной коры по сравнению с прилегающими котловинами.
Это происходит за счет увеличения слоев 2 и 3, которое, по-видимому, связано с
тектонической деятельностью. (Лаб. сейсмологии и геодинамики рук. – д.ф-м.н.
Лобковский Л.И.; проф. Непрочнов Ю.П.).
5. Проведены сейсмоакустические и геологические исследования с профилографом
«ГЕОНТ-Шельф» в Каспийском море в 20-м рейсе НИС «Рифт» с целью изучения
тонкой стратиграфии четвертичных осадков и морфологии «осадочных волн».
Исследованы сложные и разнообразные формы «осадочных волн» на дагестанском склоне
Среднего Каспия. Выделены многочисленные современные и погребённые русла палеоТерека и палео-Волги. (Лаб. сейсмостратиграфии, рук. - к.т.н. Мерклин Л.Р.; к.г.-м.н.
Левченко О.В.).
6. Проведена совместная с Географическим факультетом МГУ экспедиция на речных
руслах дельты Волги в Астраханском биосферном заповеднике. Выполнено
супервысокоразрешающее сейсмоакустическое профилирование с узколучевым
параметрическим профилографом «SES-2000 standard». После обработки и интерпретации
полученных данных SES была построена карта сейсмических фаций исследованного
участка. Данные такого супервысокого разрешения и детальности о внутреннем строении
голоценовых отложений в дельте Волги получены впервые. (Лаб. сейсмостратиграфии,
рук. - к.т.н. Мерклин Л.Р.; к.г.-м.н. Левченко О.В.).
7. Организованы и выполнены первые долговременные измерения электрического
поля в шельфовой зоне с помощью оригинального автономного портативного
регистратора, разработанного в Институте океанологии. Совместно с Отделом
информационных технологий создана инфраструктура и технические средства,
обеспечившие возможность проведения непрерывного комплексного мониторинга
окружающей среды в Голубой бухте в режиме реального времени. (Лаб. геофизических
полей, рук. – к.г-м.н. Пальшин Н.А.).
8. На основе численной гидродинамической модели выполнена оценка
цунамиопасности восточного побережья Сахалина. Показано, что наибольшую опасность
представляют сейсмические очаги, возникающие в так называемой зоне сейсмического
молчания – средней части Курильских остовов. Расчеты распространения волн от
гипотетического источника показали, что высота цунами на побережье может составить
более 5-ти метров. Учитывая расположение нефтепроводов и добывающих платформ на
северо-восточном побережье Сахалина можно заключить, что такие волны представляют
реальную угрозу экологической безопасности в этом районе. (Лаб. цунами, рук. д.ф.-м.н. Куликов Е.А.).
9. Проведены микропалеонтологические исследования осадков, собранных в 18-м
рейсе НИС «Академик С.Вавилов» в Бразильской котловине. По комплексам известкового
наннопланктона и диатомей вскрыты отложения плейстоцен-голоценового возраста. В
разрезах осадков обнаруживаются тонкослоистые этмодискусовые илы, основным
компонентом которых (на 71-84%) являются обломки гигантского вида диатомей
Ethmodiscus rex. Формирование этих илов связано с эпизодическим бурным расцветом
этмодискусов и с последующим многократным переотложением их створок. Максимум
формирования этмодискусовых илов в Индийском океане приходится на поздний
плейстоцен. В экваториальной зоне Атлантики пики встречаемости Ethmodiscus rex. в
плейстоценовых осадках ограничены интервалами оледенений. (Лаб. палеоэкологии и
биостратиграфии, рук. – к.г-м.н. Матуль А.Г.).
10. Изучена структура популяций бентосных фораминифер на 270 станциях в ЮжноКитайском море на глубинах 10-4309 м. По доминирующим в популяциях видам в данном
бассейне впервые выявлено 12 сообществ фораминифер и изучена их биогеография и
экология. Установлено, что ареалы сообществ этих фораминифер формируются под
влиянием факторов среды, определяемых батиметрической и широтной зональностями
Южно-Китайского моря, температурой и соленостью водных масс, течениями,
апвеллингами, насыщенностью вод кислородом, их продуктивностью и береговым
стоком. Выделенные современные сообщества фораминифер дают возможность
восстанавливать вышеприведенные факторы среды в геологическом прошлом. (Лаб.
палеоэкологии и биостратиграфии, рук. – к.г-м.н. Матуль А.Г.).
11. В рамках темы «Моделирование динамических процессов береговой зоны и
шельфа, разработка физических основ седиментации»
осуществлено развитие
представлений о динамических процессах, ответственных за формирование потоков
твердого вещества и изменения рельефа дна в береговой зоне на различных масштабах
времени (трансформация волнения, формирование прибрежных течений и системы
водообмена, взаимодействие потоков с дном и берегами) и предложены
усовершенствованные модели динамических процессов. Итогом развития теории контура
берега и определения его влияния на прибрежную морфологию явилась модель
морфодинамической системы, в которой параметры контура берега связаны с потоками
энергии и твердого вещества. Показано, что в некоторых реальных ситуациях вклад
антропогенного фактора в бюджет наносов может на порядок превышать аналогичный
вклад природных процессов. (Лаб. шельфа и морских берегов, рук.– д.ф.-м.н. Анцыферов С.М.).
12. В рамках темы «Разработка теории морфолитогенеза и прогноза развития
прибрежных зон Мирового океана» выполнен сравнительный анализ размеров, рельефа и
осадков прибрежных зон, расположенных в разных регионах Мирового океана и показана
их зависимость от структурно-тектонических особенностей континентальных окраин. В
морях
Северного
Ледовитого
океана
формирование
прибрежной
зоны
позднечетвертичного возраста было связано с воздействием покровных и шельфовых
ледников, а также с формированием особого ландшафта арктических равнин в тех местах,
где осушенный во время регрессии шельф не был подвержен оледенению.
В
Атлантическом океане формирование прибрежных зон происходило в тектонически
спокойной обстановке. Это привело к тому, что в окраинной зоне океана, протянувшегося
от Арктики до Антарктики, отчетливо выражена климатическая зональность процессов
осадкообразования и морфогенеза. В геодинамическом отношении континентальные
окраины Индийского океана относятся как к активному, так и пассивному типам. Это
нашло свое отражение в особенностях формирования прибрежных зон, принадлежащих
районам с различной тектонической историей. Акватория Тихого океана почти со всех
сторон обрамлена активными континентальными окраинами. Поэтому самые
протяженные прибрежные зоны в этом океане отличаются большим морфологическим
разнообразием, что отражается и на разнообразии отложений. (Лаб. шельфа и морских
берегов, рук. – д.ф.-м.н. Анцыферов С.М.).
13. В рамках темы «Изучение структурных особенностей «сейсмической бреши» в
центральной части Курило-Камчатской островной дуги как очага возможного
сильнейшего землетрясения и катастрофического цунами» проведены морские
экспедиции (2005-2006 гг.). На основе полученных данных была составлена схема
блоковой делимости Центральных Курил и выделено 7 блоков, составляющих
«сейсмическую брешь» - зону повышенной сейсмической опасности. Также были
установлены границы участка дуги, в пределах которого должно произойти сильнейшее
землетрясение и показано (на основе клавишной модели возникновения цунамигенных
землетрясений), что это сейсмическое событие способно вызвать аномальное цунами.
Сделанные выводы нашли свое подтверждение. 15 ноября 2006 г. в юго-западной части
«сейсмической бреши» произошло сильнейшее землетрясение магнитудой 7.9-8.3,
вызвавшее значительную волну цунами. Вторая половина «сейсмической бреши»,
состоящая из трех блоков, в настоящий момент рассматривается как наиболее вероятное
место следующего сильнейшего землетрясения. (Лаб. геодинамики и палеоокеанологии,
рук. – к.г-м.н. Баранов Б.В.).
14. Установлено, что точка тройственного сочленения литосферных плит Скотия
расположена в координатах 60°54' ю.ш. 27°10' з.д. и имеет тип разлом -разлом –хребет.
Разрастание дна на осях Американо-Антарктического срединно-океанического хребта
началось ранее 85 млн. лет и, согласно прогнозу, основанному на полиномиальной
аппроксимации данных, спрединг может прекратиться в ближайшие 3.5 млн. лет. Зона
Австрало-Антарктического поднятия на отрезке 102°-114° в.д. перспективна на наличие
гидротермальных рудопроявлений. (Лаб. геофизики и тектоники, рук. – проф. Шрейдер А.А.).
15. В Охотоморском регионе (Тихий океан) выполнены модельные расчеты возраста
дна, а также глубинного теплового потока, температур на литолого-стратиграфических
границах осадочного чехла рифтогенных прогибов; построены плито-тектонические
реконструкции эволюции Охотоморского региона. (Лаб. геофизики и тектоники, рук. проф. Шрейдер А.А.; д.т.н. Вержбицкий Е.В.).
16.
Выполнены
научные
исследования
по
минералогии,
геохимии
седиментационных и низкотемпературных гидротермальных железомарганцевых
образований, фосфоритов Мирового океана. Установлены закономерности формирования
вещественного состава современных и древних фосфоритов, а также распределение,
минеральный и химический состав, условия формирования и последующие изменения
фосфоритов в океане. Проведено экспериментальное физико-химическое моделирование
начальных стадий железомарганцевого минералообразования. (Лаб. геофизики и
тектоники, рук. – проф.Батурин Г.Н.).
17. На базе историко-генетического метода сравнительной оценки перспектив
нефтегазоносности акваторий, выполнено нефтегазогенетическое районирование северной
части Черноморского региона. В итоге, впервые построена схема распределения в
альбских отложениях очагов генерации углеводородов (УВ) различного фазового состава
(нефтяных и/или газовых) с подразделением их, в зависимости от температур, на зоны
начальной и завершенной генерации. Сопоставление этих очагов с другими известными
предпосылками
нефтегазоносности
позволит
сформулировать
перспективные
направления поисково-разведочных работ на нефть и газ (Лаб. проблем
нефтегазообразования и нефтегазонакопления в акваториях, рук. – к.г-м.н. Берлин Ю.М.,
к.г-м.н. Марина М.М.).
18. Исследования поля концентраций метана в осадках над газогидратными
скоплениями позволили выявить геохимический критерий прогноза наличия и глубины
поддонного залегания газогидратов (ГГ). Этот критерий основан на взаимоотношении
вертикального градиента концентраций метана и величины растворимости метана в
условиях стабильности ГГ. Проанализированные с применением этого критерия данные
газовой съемки в осадках Черного моря и оз. Байкал позволили выделить участки,
благоприятные для обнаружения ГГ вблизи дна. Для оз. Байкал прогноз подтвердился
обнаружением нового скопления ГГ в экспедиции 2006г. (Лаб. проблем нефтегазообразования и
нефтегазонакопления в акваториях, рук. – к.г-м.н. Егоров А.В.).
19. Проведены исследования по изотопному составу серы сероводорода и сульфатов
в придонном конвективном слое (ПКС) глубоководной части Черного моря и показана их
изотопная однородность. Придонная практически однородная водная масса
характеризуется постоянной соленостью, потенциальной температурой, а так же
нейтральной или слабоотрицательной термохалинной устойчивостью. Ранее было
показано постоянство большинства гидрохимических параметров в слое ПКС:
сероводорода, щелочности, биогенных элементов, рН, марганца метана. Что касается
изотопных данных по сероводороду и, особенно, по сульфатам, то они имеют
фрагментарный характер и явно недостаточны. Значение этих характеристик важно для
понимания источников сероводорода в бассейне, и оценки интенсивности образования
сероводорода под действием бактериальных процессов. (Лаб.геохимии, рук. – проф.
Волков И.И.).
20. Исследован минеральный и химический состав железомарганцевых рудных
образований островных дуг западной части Тихого океана. Все изученные образцы можно
разделить на три группы. В составе корок гидрогенного генезиса преобладает железистый
вернадит и доминируют оксигидроксиды железа и марганца при минимальных
количествах алюминия. Их отличают высокие содержания кобальта, меди, никеля, таллия,
тория, молибдена и редкоземельных элементов, в составе которых наблюдается
преимущественное накопление церия. Вторая группа корок представляет собой
сцементированные оксигидроксидами железа и марганца туфопесчаники и туфогравелиты
базальтового и андезитового составов. Эти корки отличаются от предыдущей группы
высокими содержаниями алюминия, который в значительной степени связан с
алюмосиликатными минералами изверженных магматических пород. Оксигидроксидная
часть таких корок имеет весьма низкие содержания редких и редкоземельных элементов,
причем состав последних наследует состав магматических пород. Существуют
промежуточные по составу корки, или же зональные корки, верхняя часть которых
содержит больше марганца и микроэлементов, связанных с ним, что свидетельствует о
смешанном гидрогенно-диагенетическом происхождении таких корок. Наиболее вероятно
формирование таких корок происходило диагенетически, путем стягивания
оксигидроксидов железа, и лишь на втором этапе на подготовленный субстрат начиналось
осаждение гидрогенного оксигидроксидного взвешенного вещества из океанских вод.
(Лаб. геохимии, рук. – д.х.н. Дубинин А.В.).
21. Впервые созданы основы геохимии лигнина в Мировом океане. Установлены
законы его поступления, накопления, состава и баланса в Мировом океане. Получены
новые данные по молекулярному и изотопному составу органического вещества
отдельных рифтовых зон Атлантического и Тихого океанов. В совокупности с ранее
полученными многолетними материалами было впервые установлено соотношение
хемосинтеза и термокатализа органического вещества в рифтовых зонах с разным вкладом
в процессы осадконакопления, вулканизма и серпентинизации. (Лаб. химии океана, рук. –
д.г-м.н. Пересыпкин В.И.).
22. Оценены потоки и построены региональные модели круговорота различных
форм углерода в системе атмосфера-океан-литосфера на основе молекулярного изучения
проб и обобщения спутниковых и натурных данных. Открыты органохимические
индикаторы полярного литогенеза и гидротермальной трансформации веществ. (Лаб.
химии океана, рук. – д.г-м.н. Пересыпкин В.И.).
23. В рамках проекта «Сравнительные литолого-геохимические исследования
природных процессов и загрязнений морей Арктики и Антарктики новыми методами
(атмосфера, снег, лед, биота, взвесь, водная толща, осадки)» обобщены данные по
литологии, геохимическому и микробиологическому составу снежно-ледяного покрова
припайных и паковых льдов в Арктике и Антарктике, а также антарктических озер.
Установлено количественное распределение и состав аэрозольного материала в
высокоширотных областях, его влияние на природную среду, климат, потоки аэрозольных
загрязнений. Исследована природа загрязнений в различных сферах. Проведено сравнение
процессов, проходящих в снежно-ледяном покрове Арктики и Антарктики.
Оригинальность подхода заключается в многодисциплинарном
изучении
высокоширотных сфер различными методами, что открывает новые возможности для
мониторинга. (Аналитическая лаборатория, рук. – д.г-м.н. Немировская И.Е.).
24. Обобщены многочисленные данные исследований, проведенных лабораторией
геологии Атлантики в 2005-2006 гг. (около 500 станций) по определению концентраций
водной взвеси в морских водах, а также гранулометрическому и химическому составам
поверхностного слоя донных осадков вдоль прохождения трассы Северо-Европейского
газопровода (СЕГ) в Балтийском море. В этих осадках изучено содержание 13 химических
элементов (Cорг., Fe, Mn, Zn, Cu, Cr, Ni, Co, Cd, As, Pb, Hg, Sn). Выявлены участки
повышенного содержания токсичных металлов (As, Hg, Cd, Ni, Co и др.), а также железа и
марганца, обусловленное в первую очередь присутствием аутигенных образований:
железо-марганцевых конкреций и корок (ЖМК) - в Финском заливе и карбонатов
марганца и сульфидов железа – в Северо-Балтийской, Форе и Готландской впадинах. Эти
образования концентрируют различные микроэлементы, и в т.ч. токсичные металлы.
Построены карты распределения и уровня содержания (с выделением ареалов их
повышенного содержания) изученных токсичных металлов и водной взвеси вдоль трассы
СЕГ. Построены также графики и матрицы парной корреляции содержания металлов в
осадках в зависимости от содержания в этих осадках пелитовой фракции. Сделаны
прогнозы размыва дна и переотложения донных осадков, что очень важно для оценки
экологического состояния мест обитания рыб и донной фауны. Сделан вывод о том, что
трасса трубопровода по дну Балтийского моря выбрана очень удачно, донные осадки
являются не загрязненными токсичными и др. металлами, а водная толща содержит
обычные для данных сезонов года концентрации взвеси. Находящиеся на дне Готландской
и Борнхольмской впадин захоронения химического оружия не оказывают ощутимого
влияния на уровни содержания токсичных металлов в донных осадках трассы
газопровода. (АО ИОРАН, Лаб. геологии Атлантики, рук. - проф. Емельянов Е.М., к.х.н.
Кравцов В.А.).
25. Получены и опубликованы новые данные о геологическом строении и составе
Куршской косы и прилегающего дна Балтийского моря. На основе изучения керна
скважин, пробуренных на трассе прокладки газопровода по Куршской косе от г.
Зеленоградска до пос. Лесной, с учетом других данных разработана новая модель
строения Куршской косы, в которой в отличие от прежней модели (эоловая модель
Гуделиса, 1954) большая роль придается залежам торфа, выявленным при бурении.
Указанное обстоятельство имеет важное научное значение при геологических
обобщениях, палеогеографических реконструкциях и разработке технических
мероприятий по защите косы от разрушения в условиях трансгрессирующего Балтийского
моря. Кроме этого, данные имеют большое значение для решения геоэкологических
проблем косы и ее пространственно-временной устойчивости, как геологического «тела».
(АО ИОРАН, Лаб. геологии Атлантики, рук. – д.г-м.н. Харин Г.С.).
26. Исследованы закономерности развития Предуральского краевого прогиба,
заложившегося и эволюционировавшего на рифейской пассивной окраине ВосточноЕвропейской платформы. Сопоставлены основные черты геологического развития
Предуральского прогиба с бассейнами-аналогами Северо-Американской платформы.
(СПбФ ИОРАН, Лаб. динамической метеорологии, рук. - к.ф-м.н. Сафрай А.С.).