Подводное изучение Арктики: оптоволокно для наблюдений за мерзлотой и датчики для измерения температуры воды

Фото: Вадим Кантор / GeoPhoto

Геофизики и климатологи из США разработали подход, позволяющий использовать уже существующие подводные линии оптоволоконной связи для ведения постоянных наблюдений за состоянием морской вечной мерзлоты, в том числе за ее температурой и порождаемыми ей выбросами метана, передает ТАСС сообщение пресс-службы Сандийских национальных лабораторий (SNL).

А ученые российского МГУ впервые измерили быструю изменчивость температуры морей Арктики на протяжении 100 тыс. кв. км: они собрали данные о быстрой изменчивости температуры на разных глубинах, отобрали более 5,5 тыс. других проб и получили новые знания о биоразнообразии. Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе географического факультета.

Оптоволокно для мерзлоты

На территории Арктики, помимо сухопутных запасов вечной мерзлоты, на дне Северного Ледовитого океана скрываются сопоставимые по объемам мерзлые отложения. Эти залежи содержат в себе не только останки флоры и фауны, но и большие количества клатратов – спрессованных и замороженных соединений воды и газа метана. При низких температурах, высоких давлениях или их комбинации клатраты остаются стабильными, а при изменениях ситуации газ высвобождается, что создает климатические риски.

Ученые Сандийских национальных лабораторий (SNL) разработали подход, который позволит наблюдать за температурой в этих отложениях, а также выявлять эпизоды резкого высвобождения метана в результате дестабилизации клатратов, используя уже существующие линии оптоволоконной связи, которые проложены по дну Северного Ледовитого океана и приполярных регионов Атлантики и Тихого океана. «Одна из главных инноваций нашего проекта заключается в том, что мы научились использовать одну и ту же линию оптоволокна для замеров температуры и сбора акустических колебаний. Мы разработали систему, которая позволяет собирать оба типа данных удаленным образом, и уже получили массу интересных результатов наблюдений».

Как отмечают физики, для получения подобных сведений достаточно пропустить через оптоволокно два лазерных луча на разных длинах волн и проследить за тем, как будет меняться спектр их излучения по мере движения через кабель. Отслеживая сдвиги в спектре, можно вычислить как температуру на дне моря, по которому проложена линия связи, а также уловить колебания, порожденные взрывообразным высвобождением метана и другими переменами в рельефе и структуре дна Северного Ледовитого океана.

Работу этого подхода ученые проверили на оптоволоконном кабеле, который проложен у северных берегов Аляски. Используя линию связи, ученые смогли измерить температуры дна Северного Ледовитого океана на расстоянии в 28-35 км от берега, открыть ранее неизвестные залежи морской вечной мерзлоты, а также обнаружить конусообразные скопления льда, поднимающиеся из глубин грунта ко дну океана.

«Данный подход позволяет непрерывно наблюдать за температурой грунта, что даст возможность проследить за сезонными и годичными колебаниями. Особенно интересным будет поиск необъяснимых "теплых пятен" на дне океана, где к поверхности, вероятно, пробиваются потоки теплой воды, насыщенные углеводородами. Изучение этих подводных ключей поможет нам более точно оценить скорость потепления океана и темпы глобального потепления», - подытожила научный сотрудник SNL Дженнифер Фредерик.

Термометрические косы в арктических морях

Две термометрические косы – тросы длиной 100 м с датчиками на них, располагающимися с шагом в 5 м, – ученые установили в 2022 году в Карском море и одну – в Баренцевом. В течение года цифровые датчики, закрепленные на термокосах, определяли температуру морской воды на разных глубинах. Температура измерялась каждую минуту и записывалась в память.  «Уникальность состоит в том, что данные о температуре получены одновременно на разных горизонтах. А самое важное – измерения проведены с дискретностью одна минута, что позволяет выявить короткопериодную изменчивость. Ранее в арктических морях России такие исследования не проводились», – говорится в сообщении МГУ. Спустя год мониторинга снимаются показания термокос и изучаются пробы воды.

Охват изучения – акватории Баренцева, Карского и Охотского морей площадью, превышающей 100 тыс. кв. км. Судовые наблюдения в этих акваториях обычно проводятся только летом. В другие сезоны изменчивость параметров воды может исследоваться только при помощи заякоренных станций или термокос. Благодаря программе экомониторинга ученые МГУ смогли закупить и установить термокосы, получив массив уникальных данных

В Москве в спецлабораториях ученые изучают пробы воды, определяют содержание загрязняющих веществ. Лабораторные анализы проб, полученных в 2021 и 2022 годах, не выявили превышения нормативов ни по одному показателю. Кроме того, в морских рейсах 2023 года наблюдатели отметили более 24 тысяч птиц и 311 млекопитающих в Охотском, Карском и Баренцевом морях, обнаружили новые местообитания редких и охраняемых видов. Например, на одном из участков Охотского моря встречен редкий японский гладкий кит и белоспинный альбатрос.

«Все полученные в 2023 году данные дополнят ряды многолетних наблюдений и станут важным вкладом в понимание состояния морской среды. Помимо решения производственных задач мы как научно-образовательная организация получили возможность актуализировать собственные наблюдения, изучать процессы и явления, связанные с региональным откликом природной среды на глобальное потепление и хозяйственное освоение территорий», - отметил декан географического факультета МГУ Сергей Добролюбов.