Радионуклиды помогли ученым ТПУ первыми в мире «засечь» разгрузку подмерзлотных грунтовых вод с материка на арктический шельф
28.11.2017
Выполнение этой работы стало возможным в результате интеграции усилий ученых Международной научно-образовательной лаборатории углерода арктических морей ТПУ и Лаборатории арктических исследований Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН (ТОИ). В дальнейшем политехникам предстоит выяснить масштабы разгрузки подмерзлотных грунтовых вод на арктический шельф и выявить их влияние на экосистему арктических морей. Результаты совместного исследования ученых ТПУ и ТОИ опубликованы в журнале «Cryosphere» (IF 4,803; Q1).
«До нашего открытия не было прямых доказательств того, что подмерзлотные грунтовые воды участвуют в разгрузке воды с материка в Северный Ледовитый океан, наряду со стоком рек. Даже существовало мнение, что это невозможно из-за естественного препятствия — наличия сплошной подводной мерзлоты.
Нам впервые удалось доказать существование феномена разгрузки (разгрузка — выход грунтовой воды — ред.) подмерзлотной грунтовой воды на арктический шельф.Первые аномалии мы стали замечать еще в 2002 году во время исследований в морях Сибирской Арктики. На некоторых участках мы фиксировали в промежуточных слоях морской воды более холодную воду, но тогда недостаточная оснащенность научным оборудованием не позволила выяснить, в чем причина этого явления», — рассказывает научный сотрудник Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей (МНОЛ) ТПУ, кандидат геолого-минералогических наук Александр Чаркин.
В рамках выполнения экспедиционных исследований МНОЛ по проектам Правительства РФ (руководитель — профессор Игорь Семилетов) и Российского научного фонда (руководитель — профессор Наталья Шахова) в 2014-2015 годлв в губе Буор-Хая ученые обнаружили в аномально холодных водах повышенные значения короткоживущих радиоизотопов радона и радия. Обычно повышенная концентрация этих изотопов наблюдается в придонных водах, так как их естественный источник — донные отложения.
«Началась настоящая охота на аномальную воду. Сначала мы ориентировались только на температуру воды и обнаружили, что в одном месте температура воды от поверхности до самого дна была значительно холоднее окружающей воды. В этом месте мы взяли пробы воды на короткоживущие и долгоживущие радионуклиды, результаты показали повышенную концентрацию естественных радионуклидов радия и радона. Затем мы провели в этом же месте комплексные геофизические работы, направленные на выявление разрыва в сплошности подводной мерзлоты, и выяснилось, что здесь находится сквозной талик — участок шельфа без мерзлоты, который образовался на месте тектонического разлома», — поясняет исследователь.
Пока ученые детально исследовали только одну зону разгрузки подмерзлотной грунтовой воды в губе Буор-Хая. В ближайших планах — расширение района исследований на весь шельф морей Восточной Арктики.
«Эта работа была бы маловероятной без подключения к работе исследовательской группы Инженерной школы природных ресурсов ТПУ и ТОИ, сотрудников Инженерной школы ядерных технологий Томского политеха. Их знания в области миграции радионуклидов и соответствующее научное оборудование позволили нам доказать существование феномена разгрузки подмерзлотных грунтовых вод. И сейчас к работе подключились пятеро молодых физиков ТПУ — это Максим Черепнев, Александр Овсенев, Станислав Чурсин, Никита Заикин, Андрей Удалов», — отмечает Александр Чаркин.
По словам научного руководителя исследования, руководителя Международной лаборатории изучения углерода арктических морей ТПУ, член-корреспондента РАН Игоря Семилетова, политехникам удалось решить важную фундаментальную задачу.
«Теперь нам предстоит найти ответ на вопрос о масштабах выхода грунтовых вод и их влиянии на биогеохимический режим арктических морей. Пока моделирование показало, что объем стока грунтовых вод в этом месте в Буор-Хая равен зимнему стоку крупной реки Яны.
Наша стратегическая цель — провести масштабные исследования, направленные на оценку роли разгрузки подмерзлотных вод на морскую арктическую экосистему и на пресноводный баланс всего Северного Ледовитого океана. Это крайне перспективное научное направление, в котором ученые Томского политеха, объединившие на своей научно-технологической платформе знания и аппаратурные возможности ряда институтов РАН и зарубежных университетов, продемонстрировали мировое лидерство», — говорит Игорь Семилетов.
Напомним, на базе Томского политеха реализуется крупный научный проект «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий», на его поддержку политехники получили гранты Правительства РФ и Российского научного фонда.
«За неполные четыре года реализации проекта мы опубликовали в журналах первого квартиля более 70 статей, их совокупный импакт-фактор превышает 200. Эти работы вносят важный вклад в понимание функционирования климатической системы Арктики. Большое внимание мы уделяем участию в проекте молодых ученых, таких как Александр Чаркин, Елена Панова, Алексей Рубан, Андрей Гринько, Юлия Моисеева и многие другие», — отмечает руководитель проекта.
Дальнейшее развитие исследований планируется по трем основным направлениям.
«По научным тематикам мы видим развитие и продолжение исследований по морской органической геохимии — здесь активно работает группа профессора ТПУ И.В. Гончарова, другое направление — это исследования механизмов массированных выбросов метана из донных отложений морей Восточной Арктики под руководством профессора ТПУ Натальи Шаховой.
На подходе новый прибор для регистрации пульсаций атмосферных концентраций основных парниковых газов: метана и двуокиси углерода.
Кроме того, наши шведские коллеги из Стокгольмского университета (группа профессора О. Густафссона) совместно с нашими учеными завершают подготовку нового прибора для высокоточных измерений стабильных изотопов атмосферного метана (С13 и дейтерия), который планируется использовать совместно с коллегами из Арктического и антарктического научно-исследовательского института Роскомгидромета на острове Большевик в море Лаптевых. Это позволит значительно уточнить количественные оценки по выбросу метана гидратов в атмосферу над морями Восточной Арктики. Третье направление — это исследования механизма и масштабов разгрузки грунтовых вод на арктическом шельфе. В этом новом и перспективном направлении мы достигли значимого результата, который и был опубликован в статье Александра Чаркина», — добавляет Игорь Семилетов.
Источник: Служба новостей ТПУ
«До нашего открытия не было прямых доказательств того, что подмерзлотные грунтовые воды участвуют в разгрузке воды с материка в Северный Ледовитый океан, наряду со стоком рек. Даже существовало мнение, что это невозможно из-за естественного препятствия — наличия сплошной подводной мерзлоты.
Нам впервые удалось доказать существование феномена разгрузки (разгрузка — выход грунтовой воды — ред.) подмерзлотной грунтовой воды на арктический шельф.Первые аномалии мы стали замечать еще в 2002 году во время исследований в морях Сибирской Арктики. На некоторых участках мы фиксировали в промежуточных слоях морской воды более холодную воду, но тогда недостаточная оснащенность научным оборудованием не позволила выяснить, в чем причина этого явления», — рассказывает научный сотрудник Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей (МНОЛ) ТПУ, кандидат геолого-минералогических наук Александр Чаркин.
В рамках выполнения экспедиционных исследований МНОЛ по проектам Правительства РФ (руководитель — профессор Игорь Семилетов) и Российского научного фонда (руководитель — профессор Наталья Шахова) в 2014-2015 годлв в губе Буор-Хая ученые обнаружили в аномально холодных водах повышенные значения короткоживущих радиоизотопов радона и радия. Обычно повышенная концентрация этих изотопов наблюдается в придонных водах, так как их естественный источник — донные отложения.
«Началась настоящая охота на аномальную воду. Сначала мы ориентировались только на температуру воды и обнаружили, что в одном месте температура воды от поверхности до самого дна была значительно холоднее окружающей воды. В этом месте мы взяли пробы воды на короткоживущие и долгоживущие радионуклиды, результаты показали повышенную концентрацию естественных радионуклидов радия и радона. Затем мы провели в этом же месте комплексные геофизические работы, направленные на выявление разрыва в сплошности подводной мерзлоты, и выяснилось, что здесь находится сквозной талик — участок шельфа без мерзлоты, который образовался на месте тектонического разлома», — поясняет исследователь.
Пока ученые детально исследовали только одну зону разгрузки подмерзлотной грунтовой воды в губе Буор-Хая. В ближайших планах — расширение района исследований на весь шельф морей Восточной Арктики.
«Эта работа была бы маловероятной без подключения к работе исследовательской группы Инженерной школы природных ресурсов ТПУ и ТОИ, сотрудников Инженерной школы ядерных технологий Томского политеха. Их знания в области миграции радионуклидов и соответствующее научное оборудование позволили нам доказать существование феномена разгрузки подмерзлотных грунтовых вод. И сейчас к работе подключились пятеро молодых физиков ТПУ — это Максим Черепнев, Александр Овсенев, Станислав Чурсин, Никита Заикин, Андрей Удалов», — отмечает Александр Чаркин.
По словам научного руководителя исследования, руководителя Международной лаборатории изучения углерода арктических морей ТПУ, член-корреспондента РАН Игоря Семилетова, политехникам удалось решить важную фундаментальную задачу.
«Теперь нам предстоит найти ответ на вопрос о масштабах выхода грунтовых вод и их влиянии на биогеохимический режим арктических морей. Пока моделирование показало, что объем стока грунтовых вод в этом месте в Буор-Хая равен зимнему стоку крупной реки Яны.
Наша стратегическая цель — провести масштабные исследования, направленные на оценку роли разгрузки подмерзлотных вод на морскую арктическую экосистему и на пресноводный баланс всего Северного Ледовитого океана. Это крайне перспективное научное направление, в котором ученые Томского политеха, объединившие на своей научно-технологической платформе знания и аппаратурные возможности ряда институтов РАН и зарубежных университетов, продемонстрировали мировое лидерство», — говорит Игорь Семилетов.
Напомним, на базе Томского политеха реализуется крупный научный проект «Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий», на его поддержку политехники получили гранты Правительства РФ и Российского научного фонда.
«За неполные четыре года реализации проекта мы опубликовали в журналах первого квартиля более 70 статей, их совокупный импакт-фактор превышает 200. Эти работы вносят важный вклад в понимание функционирования климатической системы Арктики. Большое внимание мы уделяем участию в проекте молодых ученых, таких как Александр Чаркин, Елена Панова, Алексей Рубан, Андрей Гринько, Юлия Моисеева и многие другие», — отмечает руководитель проекта.
Дальнейшее развитие исследований планируется по трем основным направлениям.
«По научным тематикам мы видим развитие и продолжение исследований по морской органической геохимии — здесь активно работает группа профессора ТПУ И.В. Гончарова, другое направление — это исследования механизмов массированных выбросов метана из донных отложений морей Восточной Арктики под руководством профессора ТПУ Натальи Шаховой.
На подходе новый прибор для регистрации пульсаций атмосферных концентраций основных парниковых газов: метана и двуокиси углерода.
Кроме того, наши шведские коллеги из Стокгольмского университета (группа профессора О. Густафссона) совместно с нашими учеными завершают подготовку нового прибора для высокоточных измерений стабильных изотопов атмосферного метана (С13 и дейтерия), который планируется использовать совместно с коллегами из Арктического и антарктического научно-исследовательского института Роскомгидромета на острове Большевик в море Лаптевых. Это позволит значительно уточнить количественные оценки по выбросу метана гидратов в атмосферу над морями Восточной Арктики. Третье направление — это исследования механизма и масштабов разгрузки грунтовых вод на арктическом шельфе. В этом новом и перспективном направлении мы достигли значимого результата, который и был опубликован в статье Александра Чаркина», — добавляет Игорь Семилетов.
Источник: Служба новостей ТПУ