Введение. Важная роль разрушения берегового ледового комплекса (ЛК) при геоморфологических процессах в Арктике была показана в ряде работ [Арэ, 1980; Rachold et al., 2004]. На основе результатов, полученных в арктических экспедициях ТОИ ДВО РАН совместно с Международным арктическим научным центром Университета Аляска, Фэрбанкс (МАНЦ) в моря Лаптевых и Восточно-Сибирском (1997-2008), было показано, что поступление эрозионного органического вещества (ОВ) играет определяющую роль в биогеохимии и седиментации прибрежных шельфовых вод [Дударев и др., 2003; Шахова и др., 2007; Семилетов и др., 1996; Семилетов, 1999; Guo et al., 2004; Rachold et al., 2004; Semiletov, 1999; Semiletov et al., 2005; 2006; Shakhova & Semiletov, 2006]. Нами было также показано, что конечным продуктом деструкции эрозионного ОВ являются СО₂ и СН₄ (основные парниковые газы), которые поступают в атмосферу в количестве, способном вызвать локальное повышение их концентраций в воздухе [Шахова и др., 2007; Semiletov et al., 2006; Shakhova & Semiletov, 2006]. Сопоставляя концентрации эрозионного ОВ в ЛК юго-восточной части моря Лаптевых и пролива Дмитрия Лаптева (Восточно-Сибирское море), а также на мелководном шельфе, было выявлено, что значительная часть ОВ на пути переноса «суша - море» перерабатывается и попадает в атмосферу в виде СО₂ и СН₄. Выявление масштабов трансформации этого ОВ на литорали приведет к переоценке экспорта эрозионного ОВ в море. В данной работе представлены первые результаты исследований ТОИ ДВО РАН - МАНЦ в этом направлении, которые были получены в сентябре 2006 г . на острове Муостах в рамках 4-й Российско-Американской Экспедиции в моря Восточной Арктики (руководители экспедиции И.П. Семилетов и О.В. Дударев).

Район работ и методы. Остров Муостах протяженностью 7 км при максимальной ширине до 0,5 км расположен в юго-восточной части моря Лаптевых, вблизи дельты реки Лена (рис. 1). Остров сложен ледовым комплексом видимой мощностью до 25 метров и представлен массивным ледовым телом в сочетании с байджарахами диаметром до 4- 5 м . Сверху ледовый комплекс перекрыт почвенным горизонтом мощностью до 0,8 м .

Для измерения потоков СО₂ в атмосферу был использован камерно-динамический метод [Semiletov et al., 2004] с аналитическим окончанием на ИК-анализаторе LI - 8100 (США), который был приобретен МАНЦ для реализации этого проекта. Возможности оборудования позволяют получать точные данные о концентрациях и потоках СО₂ и Н₂О, температуре воздушной и почвенной среды, атмосферном давлении. Щуп с датчиком температуры заглублялся на 10 см . Измерения потоков СО₂ в прибрежной воде (глубина до 1 м ) производились с плавающей платформы, на которой был смонтирован прибор. В пределах острова было выполнено 5 разрезов (профилей), позволяющих оценить потоки СО₂ на характерных ландшафтах острова. По степени активности термоденудации согласно [Арэ, 1980] было выделено 3 основных типа склоновых процессов - активный, стабилизирующийся и отмерший. В пределах каждого разреза на основе морфоструктурных характеристик были выделены следующие ландшафтные типы: тундра, грунт на склоне, байджарахи, песчаный пляж в зоне инфильтрации талых вод, поверхность моря. Учитывая высокую пространственно-временную неоднородность потоков СО₂, в каждой точке на разрезе для получения объективных результатов было проведено по 3 измерения с интервалом в 2 минуты, длительность каждого - 3 минуты. Помимо этого была выполнена одна суточная станция, измерения на которой выполнялись с интервалом в 40 минут, комплексом по 4 измерения. Схема размещения станций представлена на рисунке 1.

Результаты и обсуждение. По результатам суточных измерений величины потоков СО₂ изменялись в диапазоне от +0,03 (поток из почв в атмосферу) до -0,03 μмоль/м²/с (поток из атмосферы в почву).

Выявлена внутрисуточная зависимость между концентрациями СО₂ и парами Н₂О. Анализ показывает позитивную корреляционную связь между этими параметрами, данные представлены на рисунке 2. Высокие концентрации СО₂ - максимум 369,55 ррт (при минимуме 363,85 ррт), зафиксированные в интервале времени 00:00-01:00 (тенденцию к повышению концентраций СО₂ можно объяснить ночным увеличением респирации почвы), совпадают с высокими концентрациями паров Н₂О (максимум 6,734 ррт) в похожем временном интервале 23:15-01:30. Такая же закономерность выражена и в точке минимума СО₂ - 363,85 ррт в пределах временного интервала 14:30-17:30, совпадающая с периодом минимальных концентраций паров Н₂О (до 4,871 ррт) в 15:30-17:30.

На всех разрезах отражается термическая градация - повышение температуры от верха склона до уреза воды. Различие температур составляет до 4,1 °С (перепад высоты до 25 м ). Такое явление может быть отнесено на счет отепляющего воздействия моря. Некоторое отличие такой закономерности выявлено на конусе выноса. Это вполне объяснимо тем, что он образуется посредством аккумуляции вынесенного со склона материала, точнее его верхних теплых горизонтов (съемка температур производилась на глубине 10 см , в то время как поверхность, прогретая солнцем, могла иметь большую температуру) и в свою очередь в течение продолжительного времени способен сохранять высокую температуру. Следует обратить внимание на высокие значения потоков СО₂ с поверхности моря 0,31-0,4 μмоль/м²/с. По данным наших измерений (сентябрь 2006 г .), на пресноводных водоемах в тундре Приморской низменности значения потоков СО₂ были на порядок ниже 0,03-0,18 μмоль/м²/с. Это может быть обусловлено двумя причинами: 1) доминированием образования метана (а не двуокиси углерода, как это происходит в почвах) в донных отложениях-таликах [Семилетов и др., 1996; Semiletov, 1999]; и 2) высокой биологической доступностью эрозионного ОВ [Guo et al., 2004; Семилетов, 1999], поступающего в больших количествах в хорошо аэрированных условиях в море.

Низкие значения потоков СО₂ на склоне 0,09 μмоль/м²/с, возможно, связаны с сильным переувлажнением грунта (слабая аэрация снижает доступность углерода для окисления). В лучше вентилируемых зонах сухого покрова и на байджераках были выявлены значения потоков до 1,05 (μмоль/м²/с. Дополнительным лимитирующим фактором масштабов образования СО₂ может являться малая мощность горизонта, которая ограничена ледовым телом и глубиной сезонного оттаивания мерзлоты, что сказывается на количестве вовлеченного в биогеохимический цикл ОВ. Более высокие значения потоков получены на песчаном пляже в зоне инфильтрации талых вод 0,66-1,13 μмоль/м²/с, а также на тундровом покрове 0,13-0,16 μмоль/м²/с. Существующие здесь аэробные условия способствуют активному окислению ОВ. Наибольшие значения потоков (2,03 μмоль/м²/с) и концентраций СО₂ (373,25 ррт) получены на задернованных склонах в пределах распадков, где происходит аккумуляция осадочного материала, вынесенного со склонов. Дополнительное воздействие талых вод определяет большую мощность сезонно-талого слоя, за счет этого создаются более благоприятные условия для образования СО₂, так как вовлекается больший объем ОВ.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты 06-05-02-102 Э-К, 06-05-79080К). This work was supported by the International Arctic Research Center (IARC) of the University of Alaska Fairbanks, and by the Cooperative Institute for Arctic Research through NOAA Cooperative Agreement NA17RJ1224 with the University of Alaska.

Список литературы

1. Арэ Ф.Э. Термоабразия морских берегов. М., 1980. 283 с.

2. Дударев О.В., Боцул А.И., Семилетов И.П., Чаркин А.Н. Современное осадкообразование в прибрежно-шельфовой криолитозоне пролива Дмитрия Лаптева (Восточно-Сибирское море) // Тихоокеанская геология. 2003. Т. 22, № 1.С. 51-60.

3. Семилетов И.П., Пивоваров Н.Я., Пипко И.И., Гуков А.Ю., Волкова Т.И., и др. О динамике растворенных СН₄ и СО₂ в дельте р. Лены и море Лаптевых // Доклады Академии наук. 1996. Т. 350. № 3. С. 406-409.

4. Семилетов И.П. Разрушение мерзлых пород побережья как важный фактор в биогеохимии шельфовых вод Арктики. ДАН, 1999. Т. 368, № 5. С. 679-682.

5. Шахова Н.Е., Семилетов И.П., Салюк А.Н., Белъчева Н.Н., Космач Д.А. Аномалии метана в приводном слое атмосферы на шельфе Восточно-Сибирской Арктики // ДАН, 2007. Т. 414, №6. С. 819-823.

6. Guo L., Semiletov I. , Gustafsson О., Ingri J., Anderson P., Dudarev O., and White D., Characterization of Siberian Arctic coastal sediments: Implications for terrestrial carbon export. Global Biogeochemical Cycles, 2004, 18, GB 1036, doi: 10.1029/2003 GBO 02087.

7. Rachold V., Eicken H., Gordeev V., Grigoriev M., Hubberten H., Lisitzin A., Shevchenko V., Schirmeister L. Modern terrigenous organic carbon input to the Arctic Ocean . In: Stein R., Macdonald RW (eds.). The Organic Carbon Cycle in the Arctic Ocean, Springer-Verlag , New York . 2004.

8. Semiletov I.P. On aquatic sources and sinks of CO₂ and CH₄ in the Polar Regions , Atmos J. Sci., 1999. 56, 286-306.

9. Semiletov I.P., Makshtas A., Akasofu S.-I and Andreas E.L., Atmospheric CO₂ balance: the role of Arctic sea ice. Geophysical Research Letters, 2004. 31, L05121, doi: 10.1029/2003GL017996.

10. Semiletov I. , Dudarev O., Luchin V, Shin K.-H. and Tanaka N., The East-Siberian Sea as a transition zone between Pacific-derived waters and Artie shelf waters, Geophysical Research Letters, 2005. 32, L10614/2005GL022490.

11. Semiletov I.P, Pipko I.I., Repina I.A. and Shakhova N. Carbonate chemistry dynamics and carbon dioxide fluxes across the atmosphere-ice-water interfaces in the Arctic Ocean: Pacific sector of the Arctic , Journal of Marine Systems, 2007, Vol. 66, Is. 1-4, p.204-226.

12. Shakhova N., Semiletov I., 2006, Methane release and coastal environment in the East Siberian Arctic shelf, Journal of Marine Systems, 2007, Vol. 66, Is. 1-4, p. 227-243.

Ссылка на статью:

Космач Д.А., Спивак Э.А., Крухмалев А.В. Результаты газогеохимических наблюдений в зоне разрушения ледового комплекса на о. Муостах, море Лаптевых. Материалы Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Д.Г. Панова (8-11 июня 2009 г ., г. Ростов-на-Дону). Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2009, с. 170-172.