Геология и химия океана

Геология и химия океана
1. Завершен многолетний цикл фундаментальных исследований по разработке
принципиально новой системы изучения морей и океанов – четырехмерной (4-Д), непрерывной
во времени, с использованием нового носителя информации – микро- и наночастиц в воде,
атмосфере, морских льдах, речной воде и в гидротермальных источниках на дне. Использованы
самые современные методы и приборы (спутники, гидрооптика, седиментационные ловушки и
др.). Впервые исследования проводятся на новом количественном уровне (потоки вещества в
океане) и имеют высокую разрешающую способность. (Лаб. физико-геологических
исследований, зав.лаб. – академик Лисицын А.П.).
2. Выполнен
геодинамический анализ и проведено численное моделирование
взаимодействия пододвигаемой литосферной плиты с Курильским островодужным выступом в
районе Центральной сейсмической бреши при возникновении здесь двух сильнейших
землетрясений - 15 ноября 2006 г. и 13 января 2007 г. Первое землетрясение с магнитудой 8.3
имело фокальный механизм сжатия, ортогонального к островной дуге с эпицентром,
приуроченным к подводной части островодужного склона желоба, и явилось результатом
вспарывания пологой плоскости взаимодействия субдуцируемой плиты с фронтальной частью
Курильской дуги. Второе землетрясение с магнитудой 8.1 имело, напротив, фокальный
механизм растяжения, ортогонального островной дуге с эпицентром, расположенным на
Тихоокеанском склоне желоба. Оно явилось результатом разрыва верхней части упруго
изогнутой литосферной плиты. Геодинамическая интерпретация этой пары сильнейших
землетрясений такова: в результате кратковременного снятия региональных сжимающих
нагрузок после первого землетрясения 15.11.2006 г. в области изгиба Тихоокеанской плиты
возникли чисто растягивающие напряжения (в ее верхней части), которые и привели ко
второму сильнейшему землетрясению 13.01.2007 г. Данная ситуация была численно
промоделирована. Важно подчеркнуть, что возникновение сильнейших землетрясений в
центральном сегменте Курило-Камчатской дуги с генерацией волн цунами было предсказано
ранее (в 2005 г.) с позиций клавишной модели взаимодействия плит в зоне субдукции, что
свидетельствует в пользу предложенной геодинамической модели. (Лаб. сейсмологии и
геодинамики, зав.лаб. – д.ф-м.н. Лобковский Л.И., Лаб. цунами, зав.лаб. – д.ф-м.н. Куликов Е.А).
14
3. Выполнено численное моделирование двух цунами, сгенерированных землетрясениями
в районе о-ва Симушир, Центральные Курилы 15.11.2006 г. и 13.01.2007 г. Основная энергия
цунами 15.11.2006 г. была направлена на юго-восток в сторону Гавайских островов. Согласно
оценкам, волны цунами высотой свыше 5 м могли наблюдаться на малонаселенных участках
побережья Средних Курил. Остров Симушир принял на себя главный удар волн цунами и
защитил охотоморское побережье Сахалина и Магаданской области. Однако, как и
предсказывалось на основе прогностической модели, часть энергии волн цунами проникла в
Охотское море через проливы Буссоль и Крузенштерна. Землетрясение 13 января 2007 г. было
сбросовым, поэтому второе цунами было существенно более слабым, чем первое. Наиболее
существенным отличием этих двух цунами была различная направленность источника. Если в
первом случае, в сторону открытого океана первая волна имела положительный знак (поднятие
уровня), то второе цунами характеризовалось понижением уровня в головной волне. Оно было
зарегистрировано рядом мареографов в Тихом океане (Лаб. цунами, зав. лаб. – д.ф-м.н. Куликов
Е.А., д.ф-м.н. Рабинович А.Б., к.ф-м.н. Иващенко А.И.).
4. На основе повторных донных сейсмологических наблюдений на акватории Среднего
Каспия подтверждено существование мантийного сейсмофокального слоя, круто падающего
под структуры Кавказа (см. рис.). Этот факт требует пересмотра сложившихся тектонических
представлений на этот район. (Лаб. сейсмологии и геодинамики, зав.лаб. – д.ф-м.н. Лобковский Л.И.).
15
5. Составлены 3 палеогеографические реконструкции на новой палинспатической основе:
для среднего триаса (240 Ма), средней юры (160 Ма) и позднего мела (90-88 Ма). Масштаб
реконструкций 1: 10 000 000. Они охватывают активную окраину Евразии от Карпат и
Черноморско-Каспийского региона на западе до Памира и Тибета, на востоке. Выявлено
коренное различие в развитии западного (Понтийско-Кавказско-Иранского) и восточного
(Афгано-Тибетского) секторов активной окраины. В Западном секторе установлены 3 эпохи
раскрытия окраинных (задуговых) морей Западно-Тихоокеанского типа: в раннем-среднем
триасе, в позднем триасе – ранней юре и в конце раннего - начале позднего мела. Выделение
впервые мелового – эоценового глубоководного бассейна на Памире привело к существенному
пересмотру модели геодинамической эволюции Памирско-Каракорумского синтаксиса. В
пределах стабильной части Евразии, от Восточно-Европейской платформы до Средней Азии и
Казахстана, составленные карты отражают эволюцию палеосреды: распространение
эпиконтинентальных морей, условия осадконакопления в бассейнах в бассейнах различного
типа, распространение основных литологических типов осадков. Для изученного региона
составленные реконструкции не имеют аналогов по детальности. (Лаб. сейсмологии и
геодинамики, зав.лаб. – д.ф-м.н. Лобковский Л.И., рук. – д.г-м.н. Казьмин В.Г.).
6. Проведена сравнительная оценка перспектив нефтегазоносности Таманского и
Туапсинского прогибов и вала Шатского. Одним из наиболее перспективных объектов является
вал Шатского. Его
перспективность подтверждается наличием грязевых вулканов,
происхождение которых объясняется исключительно процессами разгрузки УВ флюидов, а в
ряде случаев результатами газово-геохимических и химико-битуминологических исследований.
(Лаб. проблем нефтегазообразования и нефтегазонакопления в акваториях, зам.зав.лаб. – к.гм.н. Берлин Ю.М., к.г-м.н. Марина М.М.).
7. В результате серии экспедиционных и лабораторных работ было обнаружено и
комплексно исследовано необычное для Байкала нефтепроявление, ассоциированное с
подводным высачиванием газа на глубине 900 метров. Можно считать доказанным, что в
осадочной толще оз. Байкал протекают процессы катагенетического преобразования
захороненного ОВ, приводящие к формированию сингенетичных для этих толщ скоплений
нефти и газа. (Лаб. проблем нефтегазообразования и нефтегазонакопления в акваториях, рук. –
к.г-м.н. Егоров А.В.).
8. Создана физическая модель формирования нерегулярности волнения (групповой
структуры волн) на глубокой воде и ее эволюции в береговой зоне. На ее основе описаны
механизм образования флуктуаций скорости переноса энергии волн и их потенциальной
энергии на мелкой воде и механизм образования экстремальных волн на глубокой и мелкой
воде, показана статистическая автомодельность групповой структуры волн. Путем численного
моделирования показано, что вклад антропогенного фактора в бюджет наносов в береговой
зоне моря может на порядок превышать аналогичный вклад природных процессов. Получена
эмпирическая зависимость для оценки поперечного потока наносов для побережий Черного,
Балтийского и арктических морей. Дан прогноз долговременной эволюции береговой линии в
арктической береговой зоне Восточно-Европейской платформы, многие участки которой
останутся неизменными на фоне потепления климата и повышения уровня Мирового океана изза тектонического поднятия. Выявлены и описаны особенности распределения и состава взвеси
и потоков осадочного вещества в Баренцевом и Печорском морях. (Лаб. шельфа и морских
берегов им. В.П.Зенковича, и.о.зав.лаб. – д.ф-м.н. Кузнецов С.Ю.).
9. Разработанная модель биосферного цикла углерода дополнена новыми региональными
моделями по потокам, распределению и накоплению органического углерода в донных осадках
16
в морях Российской Арктики (Белом, Баренцевом, Карском, Лаптевых, Восточно-Сибирском и
Чукотском). Продолжено создание на электронных носителях уникальной верифицированной
базы данных «Углерод», которая содержит для донных осадков Мирового океана около 40-50%
всех существующих данных. Рассмотрены факторы, контролирующие геохимический баланс
океана. Показано наличие зависимости между временем пребывания растворенных форм
химических элементов в океане (i, годы) и величиной коэффициентов накопления элементов в
планктоне. (Лаб. химии океана, зав.лаб. - д.г-м.н. Пересыпкин В.И., исп. - д.г-м.н. Романкевич
Е.А, к.ф-м.н. Ветров А.А.).
10. Получены принципиально новые данные по генезису гидротермальных нефтей и
соотношению биосинтеза, хемосинтеза и термокатализа в сульфидных рудах, гидротермальных
донных отложениях и флюидах гидротермальных полей Срединно-Атлантического хребта
(Менез Гвен, Лаки Страйк, Рэйнбоу, Лост Сити, Брокен Спур, Таг, Снейк Пит, 14 о45, с.ш.) и
Восточно-Тихоокеанского поднятия (9о50, с.ш., 21о с.ш., и впадины Гуаймас). По
молекулярным соотношениям углеводородов установлен постоянно идущий процесс синтеза
УВ соединений (рифтовые зоны Срединно-Атлантического хребта и Восточно-Тихоокеанского
поднятия). (Лаб. химии океана, зав.лаб. - д.г-м.н. Пересыпкин В.И.).
11. В рамках темы «Геохимия процессов раннего диагенеза осадков глубоководной части
Белого моря» на примере геохимии восстановленных соединений серы показана специфика
процессов раннего диагенеза осадков. Установлено, что обогащение глубоководных осадков
органическим веществом происходит за счет малоактивного вещества гуминовой природы,
источником которого является главным образом терригенный сток, что снижает активность
микробиологических процессов в осадках. Одновременно с этим в глубоководную часть
поступает повышенное количество оксигидроксидов марганца и железа, что приводит к их
накоплению в осадках. Наконец, в результате окислительно-восстановительных процессов и
перераспределения в диагенезе марганец и железо дополнительно накапливаются в
поверхностных отложениях. Все указанные факторы приводят к большому расходу
микробиологически усвояемого органического вещества на восстановление Mn (и Fe). В
результате, на процесс восстановления сульфатов и образование сероводорода и
восстановленных соединений серы остается ничтожное количество ОВ, что приводит к низкому
накоплению серы в донных осадках. (Лаб. геохимии, проф. Волков И.И.).
12. В переходной к непродуктивной зоне Тихого океана исследованы железомарганцевые
аутигенные образования в осадках двух горизонтов: 0-10 и 240-250 см. В осадках кроме двух
различных по составу типов микроконкреций обнаружены корки и железомарганцевая
конкреция в поверхностном горизонте (0-1 см). Рассмотрены составы трех размерных фракций
марганцевых микроконкреций: 50-100, 100-250, 250-500 мкм. По морфологии поверхности,
цвету и форме определены две генерации микроконкреций – матовые округлые (МК1) и
угловатые блестящие (МК2), которые различаются по минеральному и химическому составу.
Матовые МК1 содержат больше марганца и меньше железа, чем МК2. Химический состав
отдельных фракций матовых МК1 различается мало, состав блестящих МК2 в разных фракциях
меняется в большей степени. Причины различия в химическом и минеральном составе фракций
микроконкреций МК1 и МК2 могут заключаться как в чередовании в осадках окислительных и
субокислительных условий, что связано с поступлением лабильного органического вещества,
выступающего в качестве основного восстановителя, так и в аллохтонном генезисе МК2. (Лаб.
геохимии, зав.лаб. – д.х.н. Дубинин А.В.).
13. Выполнено
супервысокоразрешающее сейсмоакустическое профилирование с
узколучевым параметрическим профилографом «SES-2000 standard» в речных руслах дельты
Волги в Астраханском биосферном заповеднике. Обработка и интерпретация полученных
материалов позволила получить детальное представление о тонкой структуре донных
17
отложений (мощности геологических слоев, морфологии геологических границ и т.п.). После
анализа полученных данных SES была построена карта сейсмических фаций исследованного
участка. На основании полученных результатов выполнен геологический пробоотбор и в
настоящее время выполняется анализ отобранных образцов осадков. Данные такого
супервысокого разрешения и детальности о внутреннем строении голоценовых отложений в
дельте Волги получены впервые. Это позволит существенно детальнее стратиграфически
расчленить эти осадки в рамках последующего сейсмостратиграфического анализа, выполнить
реконструкции палеоусловий осадконакопления и получить новые данные о масштабах
основных событий циклического изменения глобального уровня Каспийского моря. (Лаб.
сейсмостратиграфии, зав.лаб. – к.т.н. Мерклин Л.Р.).
14. Закончены работы по первому и второму этапу Российско-германского проекта:
Курило-Камчатская и Алеутская системы окраинное море - островная дуга: взаимодействие
между геодинамикой и климатом в пространстве и времени (КАЛЬМАР). В рамках этого
проекта в августе-сентябре 2007 г. на Камчатке были проведены полевые работы. Анализ
полученных данных позволил реконструировать геохимическую эволюцию наиболее активного
вулкана мира (Ключевского) в голоцене, а также установить, что порядка 2500-3000 лет назад
произошло крупное землетрясение, повлиявшее на систему функционирования озерной
экосистемы Северной Камчатки. (Лаб. геодинамики и палеоокеанологии, зав.лаб. - к.г-м.н.
Баранов Б.В.).
15. Продолжена разработка наиболее общей теории развития Земли и формирования
океанов на ее поверхности. В частности, рассмотрено влияние процесса выделения земного
ядра и эволюции геологических процессов на климаты Земли и развитие земной жизни. По
результатам проведенных работ изданы две монографии: “Жизнь Земли” и “Global warming and
global cooling, evolution of climate on Earth” (на английском языке). (Лаб. геодинамики и
палеоокеанологии, зав.лаб. - к.г-м.н. Баранов Б.В., исп. - проф. Сорохтин О.Г.).
16. Проведено сопоставление литолого-геохимических процессов в полярных областях
Арктики: в Белом и Карском морях (включая закономерности распределения и состава
загрязнений). Изучено влияние состояния среды на биологические объекты. Распределение
природных и антропогенных компонентов рассматривается в динамике – на уровне не только
концентраций, но и потоков, причем не только в водной толще, но также потоков из атмосферы,
с морскими и речными водами. Установлено большое разнообразие в осадконакоплении
исследованных районов Белого и Карского морей. Выявлены участки с интенсивным
осадконакоплением (Новоземельский желоб, желоб Св. Анны), неустойчивой седиментацией
(устье р. Обь) и ярко выраженные участки неосаждения (склоны). Основными факторами,
оказывающими влияние на распределение осадочного материала, являются речной сток р. Обь
и гидродинамические обстановки. (Аналитическая лаборатория, зав.лаб. – д.г-м.н.
Немировская И.Е.).
17. Выполненная обработка первых результатов
долговременных измерений
электрического поля на траверсе Голубой бухты (Черное море) показала, что изменчивость
скорости прибрежного течения характеризуется отчетливо выраженной синоптической
изменчивостью. Изменчивость вдольсклоновой компоненты в августе-сентябре 2006 года
характеризовалась периодами около трех недель и около 5-7 суток. В июле 2007 года была
выявлена также изменчивость перпендикулярной к берегу компоненты с периодам 5-7 суток.
Главной причиной наблюдаемой изменчивости, по всей видимости, является атмосферное
воздействие, что подтверждается совместным анализом изменчивости скорости
вдольсклоновой компоненты скорости течения и атмосферного давления. (Лаб.геофизических
полей зав.лаб. – к.г-м.н. Пальшин Н.А.).
18
Рис. Изменчивость атмосферного давления P (сплошная линия) и скорости вдольсклоновой
составляющей течения V (пунктирная линия) в августе-сентябре 2006 года.
18. Впервые в практике российской палеоокеанологии ведущий научный сотрудник
Лаборатории палеоэкологии и биостратиграфии С.Б. Кругликова приняла участие в обработке
осадочного материала, полученного в ходе новой международной программы глубоководного
бурения IODP (Leg 306) в Северной Атлантике. Получены сведения об изменениях кремневой
микрофауны (радиолярии) за последние 1.5 млн. лет, отразивших крупные ледниковомежледниковые колебания природных условий в бореальной зоне Атлантического океана в
течение почти всего четвертичного периода. (Лаб. палеоокеанологии и биостратиграфии,
зав.лаб. – к.г-м.н. Матуль А.Г., исп. - к.б.н. Кругликова С.Б.).
19. Сделано крупное обобщение по палеоклимату в раннем кайнозое в течение
палеогенового периода (65.5-23.03 млн. лет назад). Палеоген был промежуточным этапом от
неледниковых к ледниковым климатическим системам и характеризовался сменой
преимущественно широтной тепловодной циркуляции на преимущественно меридиональную
термогалинную. Ведущими факторами изменений в это время были тектоника, динамика
литосферных плит, изменения общепланетарной атмосферной и океанской циркуляции,
космогенные влияния. (Лаб. палеоокеанологии и биостратиграфии, зав.лаб. – к.г-м.н. Матуль А.Г.).
19
20. Создана новая схема геохронологии Юго-Западного Индийского срединноокеанического хребта для участка 51˚–64˚в.д., обновлено плановое положение хронов первой
системы палеомагнитных аномалий. Скорость пропагейтинга осей спрединга близка к 1.5
см/год. Восточнее трансформного разлома Атлантис II наблюдаются пониженные до 200-400
нТл значения аномалий магнитного поля, увеличенные до 4.7 км средние глубины рифтовой
долины, утоненная до 4–5 км океаническая кора, повышенные скорости сейсмических волн в
верхней мантии и повышенная толщина до 33 км слоя сейсмичности в литосфере. Это
свидетельствует в пользу гипотезы о присутствии здесь относительно холодной мантии,
следствием чего является увеличение мощности хрупкой колющейся литосферы; изменения в
положении эйлерового полюса раскрытия в последние миллионы лет привели к
прогрессирующей косости спрединга, сопровождающейся транстенсией в активной части
трансформного разлома Атлантис II. (Лаб. геофизики и тектоники дна Мирового океана,
зав.лаб. – проф. Шрейдер А.А.).
21. Методами экспериментального физико-химического моделирования получены
марганцевые фазы – аналоги природных рудных минералов океанских железомарганцевых
конкреций и корок. С помощью исследований ионообменных свойств природных и
синтетических марганцевых фаз установлены формы нахождения и механизм поглощения
ионов металлов. Обменная емкость рудных минералов по ионам металлов составляет 1.6-3.2 мгэкв/г. На основании полученных данных сделан вывод о важной роли сорбционных процессов
при дифференциации химических элементов на границе вода (придонная, иловая) – конкреции /
корки. Впервые выявлены закономерности поведения редкоземельных элементов (La, Y, Sm, Ce
и др.) в процессе формирования современных фосфоритов и железомарганцево-фосфатных
корок подводных гор. (Лаб. геофизики и тектоники дна Мирового океана, зав.лаб. – проф.
Шрейдер А.А., исп. - д.г-м.н. Новиков Г.В., д.г-м.н. Батурин Г.Н., к.г-м.н. Богданова О.Ю.).
22. Получены новые данные и уточнен
химический и гранулометрический состав
донных осадков Готландской впадины Балтийского моря. Детально исследованы две длинные
колонки донных осадков, отобранные в 2005 г. во время российско-германской экспедиции на
НИС «Посейдон» по проекту GISEB. В результате уточнена мощность голоценовых осадков, а
на основании признаков размыва осадков, свидетельствующих о наличии сильных придонных
течений и затоков североморских вод в Готландскую впадину, проведена палеореконструкция
климата в позднечетвертичное время. (АО ИОРАН, Лаб. геологии Атлантики, рук. – проф.
Емельянов Е.М.).
20