Новости

Ученые разработали комплекс технологий для обнаружения и изучения выбросов метана в Арктике

18.05.2023

<div> Группа российских ученых предложила наиболее эффективный комплекс геофизических методов детектирования и детального исследования зон массированного выхода метана из морских осадков на российском арктическом шельфе. Благодаря используемым методам и аппаратуре специалисты могут обнаруживать места интенсивных выбросов метана, изучать взаимосвязь выделения газа с распределением активных разломов земной коры и землетрясениями, деградацией подводной мерзлоты, а также оценивать влияние этих процессов на глобальный климат. Результаты проведенного исследования опубликованы в журнале Sensors. Работы проведены при поддержке Российского научного фонда (проект №. 21-77-30001). Метан — парниковый газ, гораздо лучше удерживающий тепло в атмосфере Земли, чем двуокись углерода. По поводу его вклада в процесс глобального потепления ведется активный научный дискурс. Так или иначе, изучение метановых выбросов на шельфе с точки зрения их влияния на состояние климата — фундаментальная научная задача. "Наши исследования имеют и важное практическое применение. Выбросы геофлюидов из морских осадков, особенно взрывоопасных газов, — это первоочередная геологическая опасность, которую необходимо учитывать при развитии инфраструктуры Северного морского пути и нефтегазового комплекса на морском шельфе", — прокомментировал Артем Крылов, ведущий автор работы, старший научный сотрудник лаборатории геодинамики, георесурсов, георисков и геоэкологии Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, выпускник МФТИ. Потоки газа, выделяющиеся со дна моря, как правило, ослабляют структуру и естественную стабильность донных отложений и служат источником рисков при строительстве и эксплуатации подводных сооружений, таких как трубопроводы, морские терминалы и нефтяные платформы. Исследователи продемонстрировали эффективность измерительного комплекса, состоящего из однолучевого и многолучевого эхолотов, сейсмопрофилографа высокого разрешения, донных сейсмостанций, а также систем непрерывного сейсмоакустического профилирования и электроразведки, на материалах, полученных в ряде экспедиций в море Лаптевых. "Уникальность комплекса состоит в совместном применении разноплановых измерительных установок для исследования одного типа объектов — так называемых метановых сипов, представляющих собой массированные выбросы пузырькового метана из морских осадков и широко распространенных на шельфе арктических морей. Метановые сипы изучаются на разных уровнях (в водной толще, в верхней части геологического разреза, а также их глубокие геологические корни и связь с тектоническими процессами) и с учетом специфики арктических морей: наличия льда, подводной мерзлоты и таликов", — пояснил Артем Крылов. Неконтактные геофизические методы имеют существенное преимущество — они позволяют получить оперативную съемку больших площадей. После обнаружения, картирования и первичной оценки масштаба и интенсивности процесса специалисты определяют объекты, представляющие особый интерес. Затем они возвращаются к ним для проведения более детальных исследований с использованием контактных методов, то есть пробоотборов газа, воды и грунта. Еще одной особенностью описываемого комплекса является привлечение электромагнитных методов переменного тока, необходимость которых обусловливает наличие подводной мерзлоты в арктических морях. "Обычно подобные электромагнитные геофизические методы переменного тока, достаточно сложные в реализации, не применяются для решения таких задач. Вместо них используют относительно простые технологии постоянного тока, которые неплохо работают при небольшой (несколько метров) глубине воды. Чтобы прозондировать горные породы ниже поверхности дна при глубине моря от 10 до 40 метров, необходимы более сложные технологии, которые и применяются в наших экспедициях. В нашем случае использовалась система электродов, буксируемых за исследовательским судном на достаточно длинных кабельных линиях. С помощью мощного генератора тока питающие электроды создают в воде импульсное электромагнитное поле высокой интенсивности, а приемные электроды используются для регистрации переходного электромагнитного процесса, возникающего после каждого такого импульса. Измеренные таким образом сигналы используются для определения электрических свойств горных пород ниже поверхности дна. Полученные данные позволили нам получить изображения вечной мерзлоты, оценить степень ее деградации (протаивания) и, как следствие, сделать выводы о возможных выбросах метана", — рассказал Дмитрий Алексеев, старший научный сотрудник лаборатории скважинной, инженерной и разведочной геофизики МФТИ. Арктические моря России весьма перспективны с точки зрения развития транспортных путей и добычи полезных ископаемых. Развитие и применение морских геофизических методов, специализированных под суровые арктические условия, позволят решить многие фундаментальные и прикладные научные задачи. В состав команды исследователей вошли специалисты Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Томского государственного университета, Томского политехнического университета, МГУ, а также сотрудники Научно-технического центра геофизики и изучения минеральных ресурсов Московского физико-технического института. Ежегодно исследователи из целого ряда научных и образовательных организаций участвуют в арктических морских экспедициях по комплексному изучению метановых сипов под общим руководством члена-корреспондента РАН Игоря Семилетова. Информация и фото предоставлены пресс-службой МФТИ. Источник: <a target="_blank" href="https://scientificrussia.ru/articles/ucenye-razrabotali-kompleks-tehnologij-dla-obnaruzenia-i-izucenia-vybrosov-metana-v-arktike">Научная Россия</a> </div>

Создание системы моделирования и прогнозирования климата в Арктике

16.05.2023

<div> Карельский научный центр РАН и Главная геофизическая лаборатория им. А.И. Воейкова (г. Санкт-Петербург) работают над созданием многоцелевой системы моделирования и прогнозирования регионального климата в Арктике, которая необходима для управления экологическими и климатическими рисками в России и прилегающих территориях и акваториях. Сейчас ведется разработка численной модели Северного Ледовитого океана и его атмосферы. Такая система необходима для планирования крупных инвестиционных проектов, зависящих от возможных последствий изменения климата. </div> Работа ведется в рамках важнейшего инновационного проекта государственного значения (ВИП ГЗ) "Единая национальная система мониторинга климатически активных веществ". Со стороны Карельского научного центра РАН в разработке участвуют сотрудники Института прикладных математических исследований (ИПМИ) и Института водных проблем Севера (ИВПС). Ученые создают совместную цифровую модель всего Северного Ледовитого океана со льдом и атмосферой. Она, в частности, сможет давать сценарии, что будет происходить в Арктике при изменении того или иного климатического фактора. Например, как будет таять лед при дальнейшем потеплении климата. "Численная модель — один из способов изучения реальности. Например, что происходит в океане? Там есть течения, горизонтальные и вертикальные. У воды есть соленость и есть температура, они меняются. Меняется уровень моря. В море стекает пресная вода рек, попадают осадки. Воду приводит в движение ветер. Она испаряется с поверхности. Возникает и тает лед, при этом соль вытесняется в воду или, наоборот, вода распресняется. Рассчитать все это — и есть задача численного моделирования океана", – пояснил старший научный сотрудник лаборатории моделирования природно-технических систем ИПМИ КарНЦ РАН Илья Чернов. Создание системы началось в 2022 году. Для старта ученые имели серьезный задел. В Главной геофизической обсерватории разработана и успешно применяется модель атмосферы Арктики. Модель Северного ледовитого океана со льдом FEMAO в России была создана в начале 2000-х годов доктором физико-математических наук Николаем Яковлевым из Института вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН. У карельских ученых накоплен большой опыт работы с ней: с 2011 года они работают над численной моделью Белого моря JASMINE, адаптировав FEMAO к особенностям водоема. "Нам необходимо модернизировать и объединить эти две модели – атмосферы и океана – так, чтобы они успешно обменивались данными. Только тогда можно будет делать достоверные прогнозы. Но это непросто. Модели созданы в разных координатных системах. Кроме того, у них не совпадают географические границы. Эти и другие проблемы мы и пытаемся сейчас решить", – рассказал Илья Чернов. По словам руководителя лаборатории географии и гидрологии ИВПС КарНЦ РАН Алексея Толстикова, в географии существуют различные подходы к выделению даже отдельных морей в Арктике. "Например, в Северной Атлантике три моря – Норвежское, Гренландское и Ирмингера – часто определяют как одно (море GIN). Мы решили рассматривать их отдельно. В целом мы уже пришли к консенсусу, какую акваторию и каким образом мы рассматриваем. Теперь предстоит техническая работа по заданию границ между морями. Особенно сложны для моделирования жидкие границы, когда одно море переходит в другое", – добавил Алексей Толстиков. В проекте ученый занимается верификацией: сравнивает, как данные моделирования согласуются с данными измерений, собранными в ходе различных экспедиций и полевых работ, а также с информацией, полученной спутниковыми методами исследования. "Когда данные моделирования и измерений не совпадают, мы ищем ошибку: где-то динамика течения получается выше, где-то границы или речной сток заданы не совсем точно, где-то завышена толщина льда. Мы смотрим, с чем это связано, работаем над тем, чтобы устранить причины и улучшить результат", – рассказал Алексей Толстиков. Эта технология уже отработана карельскими учеными на численной модели Белого моря. Опыт оказался успешным – корректность работы системы JASMINE доказана. Так, сейчас ученые параллельно занимаются созданием численной модели беломорского льда, и в ноябре 2022 года они сверили ее работу со спутниковыми наблюдениями. В результате данные моделирования оказались сопоставимыми с реальными. Финальным этапом федерального проекта станет внедрение объединенной модели в структуру сезонных и сценарных климатических прогнозов. Эта работа важна для планирования и реализации крупных инвестиционных проектов, результат которых зависит от оценок долгосрочных изменений климата в регионах. Многим отраслям экономики также приходится адаптироваться к климатическим изменениям – система моделирования позволит заблаговременно учесть факторы риска. Наконец, численные модели водных объектов помогают установить зоны антропогенного воздействия и предсказать последствия возможных экологических катастроф. Источник: <a target="_blank" href="http://www.krc.karelia.ru/news.php?id=5080&plang=r">Карельский научный центр РАН</a>

НОВОСТИ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В АРКТИКЕ