Поиск - новости науки и техники

Осадок остается. Проясняются механизмы развития шельфовых зон.

Кто знает, что такое осадочный материал, поднимите руки. Нет таких? Объясняем. Это материал, образовавшийся в результате выветривания различных пород и переносимый водой и ветром в другие места Земли. Надеемся, понятно, насколько это важно? Все еще нет? Тогда читайте интервью с очень сведущим в этом вопросе человеком, и вы узнаете, что осадочный материал участвует в формировании земного рельефа, влияет на климат планеты и процессы внутри нее, и даже на уровень Мирового океана.
Старший научный сотрудник Тихо­океанского океанологического института им. В.И.Ильичева ДВО РАН кандидат геолого-минералогических наук Александр ЧАРКИН, с которым встретился наш корреспондент, о значении осадочного материала в жизни Земли знает все или почти все. “Почти” – потому что завтра, благодаря отмеченному грантом Президента РФ проекту, который он ведет, этих знаний станет еще больше. Во всяком случае, в той части, которая касается Восточной Арктики. С нее ученый и начал свой рассказ.

– В становлении огромного по размерам Восточно-Арктического шельфа большую роль сыграл позднечетвертичный этап развития, – замечает Александр Николаевич. – В течение последних его 100 000 лет глобальные климатические изменения сопровождались колебаниями уровня Мирового океана – понижениями и повышениями. Именно они предопределили характер формирования рельефа и осадочного чехла шельфа, современные очертания береговой линии.
Ученые выделяют несколько ключевых событий, которые привели к масштабным изменениям в Восточной Арктике. Это регрессия уровня Мирового океана примерно 25-18 тысяч лет назад, когда в результате сартанского оледенения установился крайне холодный (зимняя температура воздуха могла опускаться до -80оС) и сухой климат. В такой обстановке на широком осушенном шельфе сформировались толщи многолетнемерзлых отложений. Их отличительная черта – высокое содержание льда (до 90% по объему) и мелкозернистый размерный состав минеральной компоненты. Комплекс таких отложений называют ледовым. Позднеплейстоцен-голоценовое повышение уровня моря привело 12-6 тысяч лет назад к затоплению уже осушенного и промерзшего шельфа. Колебания уровня Мирового океана стабилизировались примерно 6-5 тысяч лет назад. Береговая линия приобрела очертания, близкие к современным.
Естественно, подобные высокольдистые отложения сейчас интенсивно разрушаются под воздействием тепловых и гидродинамических процессов (термоабразии). Только за последние 5-6 тысяч лет береговая линия восточно-арктических морей продвинулась в глубь суши на 10-36 километров со средней скоростью 4 метра в год. Достоверно известно, что в результате термоабразии разрушились и ушли под воду несколько относительно крупных островов в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском, на их месте сейчас банки (мелководья) Васильевская, Семеновская и Диомида. Продолжается деградация побережья островов Фадеевский, Новая Сибирь, Большого и Малого Ляховских. В недалеком будущем острова Макар и Муостах в море Лаптевых ожидает судьба уже не существующих Диомида, Васильевского, Семеновского.
Деградация берегового ледового комплекса сопровождается поступлением в море аномально больших объемов наземного осадочного материала. Другие крупные поставщики такого материала на Восточно-Арктический шельф – реки Лена, Яна, Индигирка, Колыма. Каково соотношение их вклада – до сих пор предмет дискуссий.
– Что важно учитывать при проведении исследований?
– Осадочный материал чутко реагирует на изменения внешней среды и имеет высокую степень адаптации к условиям водной миграции. Поэтому все его транспортные и динамические особенности нужно изучать, учитывая влияние гидрометеорологических процессов.
Мы много лет вели наблюдения на опорных полигонах в береговой зоне (на побережье и прилегающем мелководье) восточно-арктических морей и получили важные результаты. В какие-то годы определенные участки береговой зоны могут интенсивно размываться, насыщая водную толщу осадочным материалом (взвесью). В другое время они стабильны и не поставляют осадочный материал в прибрежно-шельфовую зону. Основываясь на этом факте, мы сформулировали концепцию цикличности процессов приконтинентального осадкообразования в морях Восточной Арктики. Эта цикличность, включая изменения условий вовлечения и поставки наземного материала, зависит от стадийности процесса термоабразии берега, влияние оказывает и характер изменения погодных условий.
На основании полученных экспериментальных данных для прибрежно-шельфовой зоны мы выделили два режима образования осадков: эрозионно-аккумулятивный и аккумулятивный. При первом под влиянием ветров северных румбов создаются благоприятные условия для активизации береговой термоабразии и донной эрозии на мелководье. Формируется ступенчатая структура пространственного распределения взвеси с тенденцией уменьшения ее содержания – от берега к внешнему шельфу. Осадочный материал речного происхождения по отношению к взвеси из ледового комплекса побережья играет подчиненную роль в общем объеме наземного материала, который поступает в шельфовые воды. Такой режим осадко­образования мы наблюдали в 2000, 2005, 2006 и 2009 годах.
Другие условия формируются при слабых отжимных (южных) ветрах и ослабленном гидродинамическом воздействии. В этом случае содержание взвеси в прибрежных и шельфовых водах уменьшается в несколько раз, а его пространственная структура становится однородной. На этом фоне растет вклад речного стока (такое было в 2003 и 2008 годах) и формируется аккумулятивный режим образования осадков.
Из-за чередования различных режимов осадкообразования происходит постоянное перераспределение осадочного материала. Но не везде динамика таких процессов нестабильна: на некоторых участках шельфа преобладает устойчивая аккумуляция или эрозия осадочного материала. Как правило, в восточно-арктических морях волновые процессы не происходят на глубине больше 30 метров и не участвуют в формировании донного рельефа и осадков.
К участкам с устойчивыми эрозионными процессами относятся вершины реликтовых банок. Однако и здесь есть нюансы. Мы выявили, что с увеличением глубины воды над вершиной банки из-за ее размыва уменьшается гидродинамическое воздействие на ее поверхность. Выяснили, что даже в области волнового воздействия разрушение поверхности некоторых подводных возвышенностей не происходит уже в течение последних 50-70 лет. Причину феномена их устойчивости к тепловому и гидродинамическому воздействию еще предстоит выяснить. Один из таких примеров – банка Диомида, бывший остров Святого Диомида в проливе Дмитрия Лаптева.
Другой природный феномен открыли во время океанографических исследований в 2012 году. С помощью гидролокатора бокового обзора “Гидра” на мелководье моря Лаптевых мы обнаружили формы древнего наземного рельефа, практически идентичного современному рельефу суши. Зоны с высокой интенсивностью гидродинамических процессов и низкой скоростью осадконакопления существуют не только на поверхности подводных банок, но и на некоторых участках мелководного шельфа. Это подтверждает хорошо сохранившийся реликтовый наземный рельеф, затопленный водами последней трансгрессии (подъема) Мирового океана.
Есть и другие негативные последствия разрушения позднеплейстоценового ледового комплекса. Из-за термоабразии в море сбрасывается огромное количество органического углерода. Только на шельф Якутии ежегодно поступает 5 миллионов тонн. Органическое вещество вовлекается в биогеохимические циклы и становится важным источником углерода в воде, осадочном материале и его эмиссии в атмосферу через парниковые газы. Это оказывает негативное влияние на климат всей планеты.
– Какие новые сведения вы рассчитываете получить в ходе исследований по проекту?
– Мы ведем фундаментальное изу­чение процессов приконтинентального полярного седиментогенеза на примере восточно-арктических морей. Результаты исследований помогут углубить знания о климатической зональности осадко­образования в океанах, понять тенденции изменения окружающей среды в прошлом, настоящем, будущем. Важность таких работ становится более очевидной вследствие устойчивой деградации прибрежно-шельфовой мерзлоты и ее возможного усиления на фоне глобальных климатических изменений. Ожидается, что даже при незначительном увеличении среднегодовой температуры в Восточной Арктике темпы деградации ледового комплекса заметно возрастут.
Для будущего устойчивого развития российской Арктики нужны репрезентативные прогнозы – в контексте новых взглядов на оборонительную доктрину нашего государства, интенсификации поисково-разведочных работ, разработки месторождений различных полезных ископаемых, включая углеводородное сырье, модернизации трассы Северного морского пути и его береговой инфраструктуры.
Наши данные могут быть полезными при разработке различных сценариев изменения природной обстановки в Восточной Арктике.
– Кто еще участвует в такой большой работе?
– Наша лаборатория арктических исследований мультидисциплинарная, так как охватывает различные аспекты изучения геосистемы “суша – шельф”: газо- и биогеохимию, седиментологию, литодинамику, гидрохимию, гидрологию, гидрооптику, геофизику, изотопную геохимию, метеорологию. Все мои коллеги – высококвалифицированные специалисты, некоторые из них – лидеры научных направлений не только в России, но и в мире, например заведующий лабораторией Игорь Петрович Семилетов.
Обширна география наших научных связей. Среди тех, с кем мы поддерживаем тесные контакты, коллеги из Международного арктического центра Университета Аляска-Фэрбенкс (США), Стокгольмского университета (Швеция), Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (Бремерхафен, Германия), Томского политехнического университета, Института океанологии РАН (Москва), Института мерзлотоведения им. П.И.Мельникова СО РАН (Якутск), Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.
Летом этого года мы вели работы по программе международного научного проекта “SWERUS-C3” на шведском ледоколе “Оден”. Эта экспедиция была крупнейшей за последнее время по продолжительности, многообразию научных направлений и охвату районов исследований, включающих всю Восточную Арктику, ее шельф, материковый склон и прилегающую котловину Арктического бассейна. В экспедиции участвовали более 40 научных сотрудников из институтов Швеции, России, Англии, США, Германии, Италии, Нидерландов, Франции, Испании. Цель проекта – изу­чить взаимодействия в системе “крио­сфера – углерод – климат”.
– Вы собираетесь и дальше заниматься этой тематикой?
– Да, мы продолжим работы по изучению особенностей процессов полярного литогенеза (прежде всего, в контексте обмена веществом) и взаимодействия различных экзогенных процессов в системах “суша – шельф”, “река – море”, “вода – донные осадки”. Лабораторная база пополняется современными аналитическими средствами научных исследований мирового уровня. Мы первыми в России начали измерять в восточно-арктических морях активность короткоживущих радиоактивных изотопов – радия-223 и радия-224, служащих трассерами областей смешения речных и морских вод, выхода грунтовых вод.

Василий ЯНЧИЛИН
Иллюстрации предоставлены А.Чаркиным

Нет комментариев