Исследование изменений процессов транспорта и трансформации вещества и энергии в системе суша-моря Северной Евразии в условиях современных изменений в криосфере

Объект исследования – арктические моря России. Цель работы - изучение биогеохимических последствий деградации реликтовой мерзлоты в морях Российской Арктики в условиях современного потепления климата, выявление характерных особенностей динамики основных компонентов цикла углерода для понимания функционирования экосистемы региона. Знания о процессах транспорта и трансформации терригенного органического углерода (terrOC) имеют решающее значение для понимания современных и прогноза будущих реакций климата на активацию мобилизации terrOC в условиях деградации многолетней мерзлоты Сибирской Арктики. Недооценка этих процессов затруднит понимание реакции арктической системы «суша-море» на быстрое потепление и активизацию эмиссии CH4 в атмосферу, усиливающей антропогенное изменение климата. Рассмотрены особенности поведения гидрохимических параметров и микроэлементов на разрезе от дельты реки Лены до внешнего шельф моря Лаптевых. Показано, что отдельные тяжелые металлы могут служить индикаторами эрозионных процессов берегового ледового комплекса, а также быть использованы для трассирования динамики водных масс на шельфе морей Восточной Арктики. Исследованы количественные соотношения между продукцией фитопланктона и активностью гетеротрофного бактериопланктона в восточно-арктических морях. Впервые была получена интегральная картина, характеризующая микробиологическое обоснование формирования западной и восточной биогеохимических провинций. Западная гетеротрофная провинция характеризовалась низкой первичной продукцией (ПП), высокой активностью гетеротрофного бактериопланктона и являлась источником CO2 в атмосферу. В водах восточной автотрофной провинции наблюдалась высокая ПП, сбалансированная гетеротрофной деятельностью бактериопланктона, и они служили стоком для атмосферного СО2. Показано, что оценки ПП, выполненные с использованием спутниковых методов, дают сильно завышенные результаты за счет отсутствия подспутниковой калибровки в условиях in situ. Это объясняется непониманием того факта, что спутниковый цвет моря в западной гетеротрофной провинции определяется растущим речным стоком растворенных гуминовых веществ. Изучены бентосные сообщества зон разгрузки (сипов) метана в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском. Различия между сообществами эстуария, внешнего и внутреннего шельфа, склона моря Лаптевых превышали различия между зонами метановых сипов и фоновыми участками. В целом, не было обнаружено увеличения разнообразия бентоса в районах холодных метановых сипов. На настоящем уровне понимания сложного комплекса биогеохимических процессов основным определяющим фактором представляется увеличение количества видов от побережья к континентальному склону. Установлено, что существенная трансформация terrOC происходит во время его латеральной миграции от береговой линии к подножью материкового склона, куда terrOC переносится волновыми течениями, турбидными потоками, ледовым разносом. Молекулярные проксииндикаторы указывают на уменьшение концентрации terrOC от берега к кромке шельфа за счет деградации terrOC (до биогенных элементов, и окисление до СО2) и увеличения вклада морского компонента ОС. Исследована крупномасштабная ремобилизация terrOC на шельфе моря Лаптевых в позднечетвертичное время. Резкие потепления климата в период ~11,7–18 тыс. лет характеризовались существенным повышением концентрации атмосферного метана. Примерно 2600 лет назад произошло усиление ремобилизации относительно молодого terrOC сибирского водосбора. Оно было обусловлено увеличением глубины сезонного протаивания многолетней мерзлоты при наступившем потеплении, и сопровождалось повышением концентрации биогенного CH4 за счет деградации молодого terrOC. Обнаружена положительная связь между аморфным кремнеземом донных осадков и содержанием органического вещества на арктическом шельфе. Темпы захоронения Si в донных осадках арктического шельфа оценены ~70 Гмоль Si/год, а это эквивалентно 4,5% всего его стока в Северный Ледовитый океан (СЛО). Ежегодно осадки арктического шельфа перерабатывают примерно в два раза больше кремнекислоты (680 Гмоль Si), чем транспортируется реками (340–500 Гмоль Si). Кремний из СЛО экспортируется в Северную Атлантику – высокопродуктивную акваторию Мирового океана. Продолжено углубление знаний и расширение базы данных по геоэкологическим опасностям арктического шельфа России. Уточнены их виды, распространение и последствия, как например, подводные оползни и массированная пузырьковая разгрузка метана в водную толщу-атмосферу. Из ряда возможных геоопасностей (например, землетрясения, цунами и др.) рассмотрены фокусированные флюидные выбросы в районах активного газовыделения со дна, способные вызвать оползневые эффекты. Проанализированы особенности пространственной локализации этого типа геориска. Представленные достижения лаборатории арктических исследований подтверждены публикациями в высокорейтинговых национальных и международных научных журналах.