Эндогенные факторы влияния на ледовые условия навигации по Северному морскому пути

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье представлены результаты исследования влияния глубинных факторов на пространственно-временные закономерности формирования ледяного покрова криолитозоны Арктического шельфа. Основным источником ледовой информации являются спутниковые данные дистанционного зондирования, которые необходимы для решения научных и практических задач развития Северного морского пути. В работе проведен сравнительный анализ данных спутникового мониторинга толщины ледяного покрова с петрофизическими разрезами земной коры и литосферными магнитными аномалиями, измеренными на спутнике CHAMP. Для выявления особенностей строения литосферы, влияющих на формирование ледяного покрова, построены петрофизические разрезы, пересекающие зоны ускоренного таяния льда: плотностные по аномалиям силы тяжести, магнитные – по аномалиям модуля магнитного поля Земли. В зонах потенциального накопления газогидратов в Арктических морях Северного морского пути выявлены каналы влияния эндогенного флюидодинамического фактора. Это позволило сделать прогноз районов возникновения чрезвычайных ситуаций глубинного происхождения, обусловленных миграцией флюидопотоков мантии. На основе анализа глубинных петрофизических разрезов в зонах развития газогидратов вблизи Северной морской транспортной магистрали авторами выделены сквозные талики на выходах термофлюидных каналов. На участках акватории моря Лаптевых, где по данным геохимических исследований подтверждены выходы метана глубинного генезиса, на глубинных разрезах прослежены субвертикальные траектории флюидопотоков, приближающихся к морскому дну с глубины 25–30 км. В процессе работы выполнена оценка наиболее вероятного расположения опасных природных явлений эндогенного характера в зонах скопления газогидратов и в областях с высоким уровнем газонасыщенности придонных отложений в Баренцевом, Карском, Восточно-Сибирском, Чукотском морях и в море Лаптевых. Исследование влияния флюидодинамического фактора на ледовый режим Северного морского транспортного коридора позволит оптимизировать выбор наиболее безопасных транспортно-логистических трасс бесперебойного круглогодичного судоходства.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Петрова

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н.В. Пушкова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: aa_petrova@inbox.ru

Санкт-Петербургский филиал

Россия, Санкт-Петербург

О. В. Латышева

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н.В. Пушкова Российской академии наук

Email: l-olli@yandex.ru

Санкт-Петербургский филиал

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Григорьев М.Н. Задачи развития северного морского пути как составной части комплексной транспортной системы Арктической зоны России // Научные труды ВЭО России. 2022. Т. 233. С. 110–132.
  2. Григорьев М.Н, Монько Н.А. О развитии стабильной круглогодичной транспортировки СПГ по Северному морскому пути // Газовый бизнес. 2020. № 2. С. 29–33.
  3. Копытенко Ю.А., Петрова А.А. Результаты разработки и применения компонентной модели магнитного поля Земли в интересах магнитной картографии и геофизики // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9. № 2. С. 88–106.
  4. Копытенко Ю.А., Петрова А.А. Мировые карты компонент магнитного поля Земли эпохи 2020 // сб. тр. XV Всероссийской конференции “Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики”. СПб. 2020. С. 288–291.
  5. Bonvalot S., Balmino G., Briais A. et al. World Gravity Map // Commission for the Geological Map of the World. Eds. BGI-CGMW-CNES-IRD. Paris. 2012. http://bgi.omp.obs-mip.fr.
  6. Петрова А.А. Методика спектрально-пространственного анализа геомагнитного поля // Геофизический сборник АН УССР. 1977. Вып. 76. С. 55–66.
  7. Петрова А.А., Копытенко Ю.А. Флюидные системы Мамско-Бодайбинской минерагенической зоны Северного Забайкалья // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле. 2019. Вып. 41. № 1. С. 37–53. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2019-1-41-37-53
  8. Petrov O., Morozov A., Shokalsky S. et al. Crustal structure and tectonic model of the Arctic region // Earth-Science Reviews. 2016. V. 154. P. 29–71.
  9. Петрова А.А., Латышева О.В., Копытенко Ю.А. Специфика литосферы зоны многолетней мерзлоты Восточной Сибири // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2021. Вып. 49. № 1. С. 36–52. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2021-1-49-36-52
  10. Миронов Е.У., Клячкин С.В., Макаров Е.И. и др. Особенности ледовых процессов в осенний период 2021 г. в морях Российской Арктики и оценка оправдываемости ледовых прогнозов // Российская Арктика. 2021. Т. 4. № 15. С. 40–53. https://doi.org/10.24412/2658-4255-2021-4-40-53
  11. Фильчук К.В., Коробов В.Б., Юлин А.В. и др. Влияние наблюдаемых изменений климатических условий на хозяйственную деятельность в морях Российской Арктики // Российская Арктика. 2022. № 17. С. 21–33. https://doi.org/10.24412/2658-4255-2022-2-21-33
  12. Юлин А.В., Тимофеева А.Б., Павлова Е.А. и др. Межгодовая и сезонная изменчивость ледовитости российских арктических морей в современном климатическом периоде // Труды Государственного Океанографического института имени Н.Н. Зубова. 2019. № 220. С. 44–60.
  13. Егоров А.Г. Летняя кромка льдов и осенние сроки устойчивого ледообразования в морях Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском в 1981–2018 гг. // Лед и Снег. 2021. Т. 61. № 1. С. 117–127. https://doi.org/10.31857/S2076673421010075
  14. Петрова А., Латышева О. Воздействие флюидодинамического фактора на формирование и изменения ледяного покрова в Северном Ледовитом океане // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле. 2023. № 3 (59). C. 53–66. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2023-3-59-53-66
  15. Петрова А.А., Латышева О.В. Исследование перспективных районов круглогодичного судоходства в Арктике по геофизическим данным // Сб. тр. Всероссийской конференции “II Лаверовские чтения. Арктика: актуальные проблемы и вызовы”. Архангельск. 2023. С. 78–82.
  16. Петрова А.А., Латышева О.В., Копытенко Ю.А. Глубинное строение Арктики и Антарктики по магнитным аномалиям компонент и аномалиям силы тяжести // Косм. исслед. 2022. Т. 60. № 4. С. 331–347. https://doi.org/10.31857/S0023420622030086
  17. Петрова А. А., Латышева О. В., Копытенко Ю. А. Природные явления эндогенного происхождения в Арктическом бассейне // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2020. Вып. 48. № 4. С. 37–53. https://doi.org/10.31431/1816–5524-2020-4-48-49-63
  18. Петрова А.А., Латышева О.В., Копытенко Ю.А. Роль глубинных факторов в разрушении ледового покрова на трассах Северного Морского пути // Материалы VII Всероссийской научной конференции “Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природной среды”. Санкт-Петербург: Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского. 2022. С. 118–122.
  19. Копытенко Ю.А., Латышева О.В., Петрова А.А. Влияние разломных зон земной коры на эволюцию толщины и кромки ледяного покрова Арктики // Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2020. Вып. 674. С. 207–212.
  20. Петрова А.А., Петрищев М.С., Копытенко Ю.А. и др. Выявление флюидоподводящих каналов в Арктических морях по аномалиям магнитного и гравитационного полей // Материалы Всероссийской конференции: Глобальные проблемы Арктики и Антарктики. ФИЦКИА РАН. Архангельск. 2020. С. 810–815.
  21. Павленкова Н.И. Природа региональных сейсмических границ в земной коре и верхней мантии // Материалы XIX Международной конференции “Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле”. Москва – Борок. 2018. Т. 1. С. 250–253.
  22. Павленкова Н.И. Роль флюидов в формировании неоднородности земной коры и верхней мантии // Сб. тр. Конф. Современная тектонофизика. Методы и результаты. Москва. 2013. С. 56–68.
  23. Богоявленский В.И., Богоявленский И.В. Триггерные связи в геологической среде в процессе природной и антропогенной дегазации Земли // Сб. тезисов VI Международной конференции “Триггерные эффекты в геосистемах”. Москва. 2022. С. 126.
  24. Лобковский Л.И., Баранов А.А., Габсатаров Ю.В. и др. Возможный сейсмогенно-триггерный механизм активизации разрушения ледников, эмиссии метана и потепления климата в Арктике и Антарктике // Сб. тезисов VI Международной конференции “Триггерные эффекты в геосистемах”. Москва. 2022. С. 211–212.
  25. Шипилов Э.В., Лобковский Л.И., Шкарубо С.И. и др. Геодинамические обстановки в зоне сопряжения хребта Ломоносова и Евразийского бассейна с континентальной окраиной Евразии // Геотектоника. 2021. № 5. С. 3–26. https://doi.org/10.31857/S0016853X21050076
  26. Малинин В.Н., Вайновский П.А. К оценке сроков полного очищения морей Российской Арктики ото льда в летний период // Российская Арктика. 2022. № 16. С. 8–23. https://doi.org/10.24412/2658-4255-2022-1-08-23
  27. Lucazeau F. Analysis and mapping of an updated terrestrial heat flow data set // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2019. V. 20. Iss. 8. P. 4001–4024. https://doi.org/10.1029/2019GC008389.
  28. Artemieva I.M. Global 1°×1° thermal model TC1 for the continental lithosphere: implications for lithosphere secular evolution // Tectonophysics. 2006. V. 416. P. 245–277. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2005.11.022
  29. Летников Ф.А. Глубинные флюиды континентальной литосферы // Материалы всероссийского совещания “Флюидный режим эндогенных процессов континентальной литосферы”. ИЗКСОРАН. Иркутск. 2015. С. 11–21.
  30. Thebault E., Purucker M., Whaler K.A. et al. The magnetic field of the Earth’s lithosphere // Space Science Reviews. 2010. V. 155. P. 95–127. https://doi.org/10.1007/s11214-010-9667-6
  31. Thebault E., Vigneron P., Langlais B. et al. Swarm lithospheric magnetic field model to SH degree 80 // Earth, Planets and Space. 2016. V. 68. Art. ID. 126. https://doi.org/10.1186/s40623-016-0510-5
  32. Петрова А.А., Петрищев М.С. Флюидные системы Средиземноморья // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2011. Вып. 17. № 1. С. 23–33.
  33. Павленкова Н.И. Структура земной коры и верхней мантии и механизм движения глубинного вещества // Вестник ОГГГГН РАН. 2001. № 4(19). С. 1–18.
  34. Летников Ф.А. Флюидный режим эндогенных процессов континентальной литосферы // Сб. материалов совещания “Флюидный режим эндогенных процессов континентальной литосферы”. 2015. Иркутск. Институт земной коры СО РАН. С. 11–23.
  35. Фролов И.Е., Гудкович З.М., Карклин В.П. и др. Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем. Морской лед / под. ред. С. М. Семенова. Москва: Росгидромет, 2012. 512 с.
  36. Миронов Е.У., Клячкин С.В., Смоляницкий В.М. и др. Современное состояние и перспективы исследований ледяного покрова морей российской Арктики // Российская Арктика. 2020. Т. 3(10). С. 13–29. https://doi.org/10.24411/2658-4255-2020-12102
  37. Павленко В.И. Арктическая зона Российской Федерации в системе обеспечения национальных интересов страны // Арктика: экология и экономика. 2013. № 4(12). С. 16–25.
  38. Shakhova N., Semiletov I., Chuvilin E. Geosciences Understanding the Permafrost–Hydrate System and Associated Methane Releases in the East Siberian Arctic Shelf // Geosciences. 2019. V. 9. Iss. 6. P. 1–23. https://doi.org/10.3390/geosciences9060251
  39. Petrova A.A., Latysheva O.V., Petrova A.I. Specifics of the Earth’s Crust Structure in the Potential Gas Hydrate Accumulation Zones of the Arctic Basin // Problems of Geocosmos. 2020. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham. 2022. P. 25–39. https://doi.org/10.1007/978-3-030-91467-7_3
  40. Богоявленский В.И., Богоявленский И.В. Анализ состояния, перспектив и проблем освоения ресурсов углеводородов и угля в Арктике в связи с экономическими, геополитическими и технологическими реалиями // Научные труды ВЭО России. 2021. Т. 228. № 2. С. 154–180. https://doi.org/10.38197/2072-2060-2021-228-2-154-180
  41. Лобковский Л.И., Никифоров С.Л., Дмитревский Н.Н. и др. О процессах газовыделения и деградации подводных многолетнемерзлых пород на шельфе моря Лаптевых // Океанология. 2015. Т. 55. № 2. С. 312–320.
  42. Богоявленский В.И., Казанин А.Г., Кишанков А.В. и др. Дегазация Земли в Арктике: комплексный анализ факторов мощной эмиссии газа в море Лаптевых // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11. № 2. С. 178–194. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-2-178-194
  43. Shakhova N., Semiletov I, Sergienko V. et al. The East Siberian Arctic Shelf: towards further assessment of permafrost-related methane fluxes and role of sea ice // Phil. Trans. R. Soc. A. 2015. V. 373. Iss. 2052. Art.ID. 37320140451. http://doi.org/10.1098/rsta.2014.0451
  44. Богоявленский В.И., Кишанков А.В., Казанин Г.А. Опасные газонасыщенные объекты на акваториях мирового океана: Восточно-Сибирское море // Арктика: экология и экономика. 2022. Т. 12. № 2. С. 158–171. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2022-2-158-171
  45. Масуренков Ю.П., Слезин Ю.Б., Собисевич А.Л. Газовые шлейфы у острова Беннетта // Изв. РАН. Сер. геогр. 2013. № 3. С. 86–95. https://doi.org/10.15356/0373-2444-2013-3-86-95
  46. Богоявленский В.И., Кишанков А.В. Опасные газонасыщенные объекты на акваториях Мирового океана: Чукотское море (Россия и США) // Арктика: экология и экономика. 2020. № 2(38). С. 45–58. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2020-2-45-58
  47. Богоявленский В.И., Кишанков А.В., Казанин А.Г. Распространение субаквальной мерзлоты в море Лаптевых по данным сейсморазведки методом преломленных волн // Арктика: экология и экономика. 2023. Т. 13. № 4. С. 501–515. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2023-4-501-515
  48. Bogoyavlenskiy V., Kishankov A., Yanchevskaya A. et al. Forecast of Gas Hydrates Distribution Zones in the Arctic Ocean and Adjacent Offshore Areas // Geosciences. 2018. V. 8. Iss. 12. P. 453–470. https://doi.org/10.3390/geosciences8120453
  49. Гинсбург Г.Д., Соловьев В.А. Субмаринные газовые гидраты. СПб: ВНИИ Океангеология, 1994. 199 с.
  50. Грамберг И.С., Додин Д.А., Лаверов Н.П. и др. Арктика на пороге третьего тысячелетия (ресурсный потенциал и проблемы экологии) / гл. ред. И.С. Грамберг, Н.П. Лаверов; Отв. ред. Д.А. Додин. ВНИИОкеангеология. СПб.: Наука, 2000.
  51. Chuvilin E., Bukhanov B., Davletshina D. et al. Dissociation and Self-Preservation of Gas Hydrates in Permafrost // Geosciences. 2018. V. 8. Art.ID. 431. https://doi.org/10.3390/geosciences8120431
  52. Логвина Е.А., Матвеева Т.В., Бочкарев А.В. и др. Анализ технологических и технических достижений в области изучения субаквальных газовых гидратов и возможность их применения в арктических морях России // Арктика: экология и экономика. 2020. № 4(40). С. 66–76. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2020-4-66-76
  53. Елисеев А.В., Малахова В.В., Аржанов М.М. и др. Изменение границ многолетнемерзлого слоя и зоны стабильности гидратов метана на арктическом шельфе Евразии в 1950–2100 гг. // Доклады Академии наук. 2015. Т. 465. № 5. С. 598–603.
  54. Голубева Е.Н., Малахова В.В., Платов Г.А. и др. Динамика и тенденции изменения состояния вод и криолитозоны моря Лаптевых в XX–XXI в. // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 6. С. 529–535.
  55. Малахова В.В., Голубева Е.Н. Оценка устойчивости состояния мерзлоты на шельфе Восточной Арктики при экстремальном сценарии потепления в XXI в. // Лед и Снег. 2016. Т. 56. № 1. С. 61–72. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2016-1-61-72
  56. Shakhova N.E., Semiletov I.P., Sergienko V.I. The contribution of the East Siberian shelf to the modern methane cycle // Herald of the Russian Academy of Sciences. 2009. V. 79. Iss. 3. P. 237–246.
  57. Yakushev V.S., Semenov A.P., Bogoyavlensky V.I et al. Experimental modeling of methane release from intrapermafrost relic gas hydrates when sediment temperature change // Cold Reg. Sci. Technol. 2018. V. 149. P. 46–50.
  58. Малахова В.В. Математическое моделирование многолетней динамики подводной мерзлоты Арктического шельфа // Сб. материалов 9-го Международного научного конгресса “Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014”. 2014. Т. 4. № 1. С. 136–140.
  59. Chuvilin E., Davletshina D., Ekimova V. et al. Role of Warming in Destabilization of Intrapermafrost Gas Hydrates in the Arctic Shelf: Experimental Modeling // Geosciences. 2019. V. 9. Iss. 10. Art.ID. 407. https://doi.org/10.3390/geosciences9100407

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Состояние и толщина ледяных покровов арктических морей России в зимний (а) и осенний (б) периоды 2023 г. Каналы термофлюидной проработки земной коры моря Лаптевых: (в) — на плотностном разрезе, подоснова — зимний ледяной покров 2019 г.; (г) — на магнитном разрезе, подоснова — зимний ледяной покров 2020 г. Легенда: 1 — СМТК; 2 — трассы СМП; 3 — положение профилей глубинных разрезов; 4 — зона сипов газа [42]; 5 — моря и тектонические структуры [25]: 1 — Баренцево море; 2 — Карское море; 3 — море Лаптевых; 4 — Восточно-Сибирское море; 5 — Чукотское море; 6 — хребет Менделеева; 7 — котловина Подводников (6 и 7 входят в область площадного траппового магматизма Центрально-Арктической провинции); 8 — Хатангско-Ломоносовская зона разломов; 9 — Лаптевоморский рифтовый осадочный бассейн

Скачать (121KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Геофизические характеристики криолитозоны Арктического шельфа: аномалии модуля F МПЗ (КА CHAMP): (а) — высота 100 км; (б) — высота 400 км; (в) — намагниченность пород земной коры (глубина ~20 км); (г) — тепловой поток [27]; (д) — зоны газогидратов; (е) — ледяные массивы [35]. Легенда: 1 — СМТК; 2 — трассы СМП; 3 — положение профилей глубинных разрезов; 4 — газогидраты [38]; 5 — исследуемые акватории: 1 — Баренцево море; 2 — Карское море; 3 — море Лаптевых; 4 — Восточно-Сибирское море; 5 — Чукотское море; 6 — ледяные массивы [35]: 1 — Новоземельский; 2 — Карский северный; 3 — Североземельский; 4 — Таймырский; 5 — Янский, 6 — Новосибирский; 7 — Айонский, 8 — Врангелевский; 9 — Чукотский северный

Скачать (131KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Разрезы литосферы зон распространения газогидратов вблизи СМТК: (а) — магнитный разрез (профили 1–1'), подоснова — магнитные аномалии модуля МПЗ (h = 400 км) [31]; (б) — плотностной разрез (пр. 2–2'), подоснова — аномалии модуля МПЗ (h = 100 км) [30]; (в) — магнитный разрез (пр. 2–2'), подоснова — аномалии модуля МПЗ (h = 400 км). Легенда: 1 — СМТК; 2 — трассы СМП; 3 — газогидраты [38]; 4 — зона сипов газа [42]; 5 — тектонические структуры [25]: 1 — котловина Нансена, 2 — хребет Гаккеля, 3 — хребет Ломоносова, 4 — поднятия массива Де-Лонга, 5 — Восточно-Сибирский осадочный бассейн, 6 — Хатангско-Ломоносовская зона разломов, 7 — Лаптевоморский рифтовый осадочный бассейн

Скачать (108KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Каналы термофлюидной проработки земной коры Восточно-Сибирского моря в районе СМТК: (а) — на плотностном разрезе (профили 3–3'), подоснова — зоны разуплотнений на глубине 20 км; (б) — на магнитном разрезе (пр. 3–3'), подоснова — аномалии модуля МПЗ (h = 100 км). Легенда: 1 — СМТК; 2 — трассы СМП; 3 — тектонические структуры [25]: 1 — хребет Альфа, 2 — хребет Менделеева (1 и 2 входят в область площадного траппового магматизма Центрально-Арктической провинции), 3 — осадочный бассейн Вилькицкого; 4 — поднятия массива Де-Лонга; 5 — Восточно-Сибирский осадочный бассейн

Скачать (57KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Разрезы литосферы районов ледяных массивов вблизи СМТК: (а) — плотностной разрез 5–5', подоснова ледяные массивы; (б) — магнитный разрез 5–5', подоснова — тепловой поток [27]. Легенда: 1 — СМТК; 2 — трассы СМП; 3 — ледяные массивы (см. рис. 2) [35]; 4 — моря и тектонические структуры [25]: 1 — Баренцево море; 2 — Карский массив; 3 — котловина Нансена; 4 — хребет Гаккеля; 5 — котловина Амундсена; 6 — Восточно-Сибирский осадочный бассейн; 7 — Чаунский осадочный бассейн

Скачать (109KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025