МЕГАГРАНТЫ

Международная научно-образовательная лаборатория изучения углерода арктических морей (МНОЛ ИУАМ)

О лаборатории

Наименование проекта Сибирский арктический шельф как источник парниковых газов планетарной значимости: количественная оценка потоков и выявление возможных экологических и климатических последствий

Ссылка на сайт лаборатории

№ договора:
14.Z50.31.0012

Наименование ВУЗа:

ФГАОУ ВПО «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Области научных исследований:
НАУКИ О ЗЕМЛЕ И СМЕЖНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Цель проекта:

Создание Международной научно-образовательной лаборатории изучения углерода арктических морей (МНОЛ ИУАМ) при Национальном исследовательском Томском политехническом университете с целью изучения механизмов функционирования арктической климатической системы под воздействием глобального потепления.

Задачи проекта

— Выявление и характеристика процессов, ответственных за современную и будущую эмиссию основных парниковых газов, метана и двуокиси углерода, из Сибирского арктического шельфа в атмосферу с фокусом на изучении Восточно-Сибирского арктического шельфа, который представляет наиболее широкий и мелководный шельф Мирового океана.
— Количественная оценка скорости атмосферной эмиссии основных парниковых газов и определение, насколько эти процессы важны для регионального и глобального баланса метана и двуокиси углерода, а также для цикла углерода в Арктике в целом.
— Количественная оценка скорости деградации подводной мерзлоты в контексте создания модели трансформации метанового потенциала и выброса метана в водную толщу — атмосферу для различных сценариев изменения климата.

 

Ведущий учёный

2014 12 02 Semiletov IMG 3777 sayt 

ФИО: Семилетов Игорь Петровичч

 

Ученые степень и звание:
ЧЛЕН-КОРРЕСПОНДЕНТ РАН, ДОКТОР ГЕОГРАФИЧЕСКИХ НАУК (ОКЕАНОЛОГИЯ)

Занимаемая должность:

ЗАВЕДУЮЩИЙ ЛАБОРАТОРИЕЙ АРКТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТИХООКЕАНСКОГО ОКЕАНОЛОГИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМЕНИ В.И. ИЛЬИЧЕВА ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ТОИ ДВО РАН),
ПРОФЕССОР UNIVERSITY ALASKA FAIRBANKS (США)

Области научных интересов:

Исследование динамики цикла углерода в арктической системе суша — море — атмосфера в условиях современного потепления и прогрессирующей деградации
мерзлоты.

Научное признание:

Создал новое научное направление, которое развивалось в четыре основных этапа:
1) исследование палеовариаций парниковых газов (метана и двуокиси углерода) в воздушных включениях ледяных кернов (1983–1990 гг.);
2) изучение связей между состоянием мерзлоты и эмиссией парниковых газов в наземных экосистемах Восточной Арктики (1991–1996 гг.);
3) изучение процессов трансформации органического вещества мерзлоты в системе суша — шельф — атмосфера в Восточной Арктике (1997–2003 гг.);
4) изучение состояния наземной и подводной мерзлоты и ее роли в морском цикле углерода и эмиссии парниковых газов в морях Восточной Арктики (2003–2013 гг.).
Внес большой вклад в понимание роли многолетних мерзлых толщ (мерзлоты), наземных экосистем и морей Восточной Арктики в глобальном цикле углерода, балансе
парниковых газов и климате планеты.
Организовал более 30 экспедиций в Восточной Арктике.
Опубликовал результаты работ в международных научных журналах.


Shakhova N.E., Sergienko V.I., Semiletov I.P., Salyuk A.N., Bel’cheva N.N., Kosmach D.A., 2008. On the role of the East Siberian Arctic Shelf in the modern methane cycle. In: N.P. Laverov et al., eds., Environmental and Climate Changes and catastrophes, Vol. 6, A.M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics Russian Academy of Sciences, Moscow, p. 164-176
Shakhova N.E. and I.P. Semiletov, 2008. Characteristical features of carbon cycle in the shallow shelf of the eastern sector of Russian Arctic. In: N.P. Laverov et al., eds., Environmental and Climate Changes and catastrophes, Vol.4, A.M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics Russian Academy of Sciences, Moscow, p. 167-181.
Shakhova, N., I. Semiletov, A. Salyuk, N. Belcheva, D. Kosmach, 2007. Methane anomalies on a shelf of the Arctic seas of Russia. In: V.A. Akulichev & V.P. Chelomin, eds., Far Eastern Seas of Russia, Book 2, Nauka Press, Moscow, p. 353-364.
Semiletov I.P., Dudarev O.V., Pipko I.I., Salyuk A.N., and N.E. Shakhova, 2007. Marine studies in the Arctic regions at the third millennium. In: V.A. Akulichev, ed., Far Eastern Seas of Russia, Book 2, Nauka Press, Moscow, p. 309-324.
Pipko I.I., Semiletov I.P., Tischenko P.Ya., Pugach S.P., and N. Savelieva, 2007. Dynamics of the carbonate system and CO2 fluxes between the ocean and atmosphere in a coastal shelf zone of the East-Siberian sea during autumn. In: V.A. Akulichev, ed., Far Eastern Seas of Russia, Book 2, Nauka Press, Moscow, 325-352.
Savelieva N.I., Nedashkovsky A.P., Pipko I.I., Semiletov I.P., and S.P. Pugach, 2007. Interannual variability of thermohaline structure and hydrochemical characteristics of the coastal waters in a shelf zone of the East-Siberian Sea. In: V.A. Akulichev, ed., Far Eastern Seas of Russia, Book 2, Nauka Press, Moscow, 365-381.
Dudarev O.V., Charkin A.N., Semiletov I.P., Botsul A.I., and D.A. Kosmach, 2007. Modern sedimentation on the near-continental shelf of the East-Siberian Sea. In: V.A. Akulichev, ed., Far Eastern Seas of Russia, Book 2, Nauka Press, Moscow, 382-391.
Dudarev O.V., Charkin A.N., Semiletov I.P., Salyuk A.N., Shilo I.N., and E.A. Spivak, 2007. Transformation of the sedimentation environment above the relic banks of the East-Siberian Arctic seas. In: V.A. Akulichev, ed., Far Eastern Seas of Russia, Book 2, Nauka Press, Moscow, 419-442.
Semiletov I.P., N.I. Savelieva, G.E. Weller, I.I. Pipko, S.P. Pugach, A.Yu Gukov, and L.N. Vasilevskaya, 2000, The Dispersion of Siberian River Flows into Coastal Waters: Meteorological, Hydrological and Hydrochemical Aspects, In: The Freshwater Budget of the Arctic Ocean, NATO Meeting/NATO ASI Series, E.L. Lewis (ed.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 323-367.


Результаты исследований

В рамках проекта впервые показано, что:

Поступление эрозионного углерода вследствие деградации берегового ледового комплекса определяет характерные особенности функционирования уникальной гетеротрофной экосистемы МВА, включая седиментационные процессы (Tesi, Semiletov et al., Geochim. Cosmochem. Acta, 2016; Vonk, Semiletov et al., J. Geophys. Res., 2014). Доказано, что более половины органического углерода осадков МВА имеет наземное эрозионное происхождение, что принципиально важно для фундаментального и практического понимания процессов седиментации в настоящем и прошлом.
Окисление эрозионного углерода является первым по значимости источником СО2 и асидификации (подкисления) вод МВА, что приводит к угнетению биоты этой уникальной экосистемы (Semiletov et al., Nature Geoscience, 2016). Это приводит к тому, что МВА являются арктическим источником атмосферного СО2, что необходимо учитывать при пересмотре существующей парадигмы о том, что СЛО является стоком для атмосферного СО2 (АMAP, 2013).
На основе абсолютной калибровки сонаров впервые выполнена количественная оценка потока пузырькового метана на шельфе МВА и установлено, что максимальные значения потока СН4 достигают ~102 г м-2 сут-1 на внешнем шельфе МВА, где предполагается сквозное протаивание подводной мерзлоты (Shakhova, Semiletov et al. 2015. Phil. Trans. R. Soc. A). Это значит, что в зависимости от состояния подводной мерзлоты диапазон изменчивости величины пузырьковой эмиссии может достигать 5 порядков, что с необходимостью приведет к значительной переоценке в сторону увеличения величины общего выброса СН4 в атмосферу. Отметим, что последняя оценка эмиссии метана из донных отложений Восточно-Сибирского шельфа, опубликованная в Nature Geoscience (Shakhova, Semiletov et al., 2014), более чем в два раза превышает предыдущую оценку, опубликованную в 2010 г. в журнале Science (Shakhova, Semiletov et al., 2010).
На основании оригинальных данных и моделирования показано, что подводная мерзлота МВА деградирует намного быстрее, чем было предсказано в модельных прогнозах. Впервые на основе комплекса геологических и геофизических данных, отвалидированных по авторским скважинам (Shakhova, Semiletov et al., Phil. Trans. R. Soc 2015; Кошурников и др., ДАН, 2016, в печати), показано, что скорость вертикальной деградации подводной мерзлоты может достигать 18 см в год, что значительно превышает теоретические скорости протаивания, основанные только на учете диффузии тепла.
На основе 17 авторских глубоких колонковых скважин, литологических исследований керна и прецизионных температурных измерений доказано отсутствие подводной мерзлоты, по крайней мере, до глубин донных отложений >100 м на мелководном шельфе МВА при глубине моря больше 4 м, что свидетельствует о возможности дестабилизации арктических гидратов.
Впервые в СЛО на примере МВА исследован изотопный состав и радиоуглеродный возраст СН4, что дает сложную картину его генезиса, обусловленную состоянием ПМ и характерными особенностями геологического строения донной толщи МВА.
Впервые показано, что скорости окисления растворенного СН4 в пресноводных условиях (речные воды и зона их смешения с морской водой до изохалины примерно 5 psu) на 2-3 порядка превышают скорости окисления в более соленой воде, что позволяет СН4–насыщенным (и коррозионным – обогащенным СО2) водам МВА распространяться в другие районы СЛО (Shakhova, Semiletov et al., Phil. Trans. R. Soc., 2015).

 

Публикации

Обрезкова М.С., Колесник А.Н., Семилетов И.П. Особенности распределения диатомей в поверхностных осадках морей Восточной Арктики России (на основе кластерного анализа) // Биология моря, 2014, том 40, № 6, с. 473-480.
Дударев О.В., Чаркин А.Н., Семилетов И.П., Шахова Н.Е., Дмитревский Н.Н., Лобковский Л.И., Ананьев Р.А., Мелузов А.А., Росляков А.Г., Сергиенко В.И. Новые данные о субаэральном полигонально-валиковом рельефе и факторах, контролирующих его трансформацию и современное состояние на восточно-сибирском шельфе // Доклады Академии наук, 2014, том 457, № 2, с. 226–229.
Саломатин А.С., Юсупов В.И., Верещагина О.Ф., Черных Д.В. Акустическая оценка концентрации метана в водной толще в областях его пузырьковой разгрузки // Акустический журнал, 2014, том 60, № 6, с. 638-644.
Sanchez-Garcia L., Vonk J.E., Charkin A.N., Kosmach D., Dudarev O.V., Semiletov I.P., and O. Gustafsson. Characterisation of Three Regimes of Collapsing Arctic Ice Complex Deposits on the SE Laptev Sea Coast using Biomarkers and Dual Carbon Isotopes // Permafrost and Periglac. Process. 2014, V. 25, p. 172–183.
Гиричева Н.И., Ищенко А.А., Юсупов В.И., Баграташвили В.Н., Гиричев Г.В. Структура и энергетика метановых гидратов // Известия ВУЗов. Химия и Химическая технология. 2014. Т. 57. № 9. c. 3-9.
Лобковский Л.И., Инюхин А.В., Котелкин В.Д. Субдукция и цикличность процессов в верхней мантии // Доклады Академии наук, 2014, том 459, № 3. С. 332-336.
Luchin V., Panteleev G. Thermal regimes in the Chukchi Sea from 1941 to 2008 // Deep Sea Research, Part II, v. 109, p. 14-76.
Vonk J.E., Semiletov I.P., Dudarev O.V., Eglinton T.I., Andersson A., Shakhova N., Charkin A., Heim B., Gustafsson O. Preferential burial of permafrost derived organic carbon in Siberian-Arctic shelf waters // J. Geophys. Res. Oceans, V. 119, doi:10.1002/2014JC010261, 2014.
Гиричева Н.И., Ищенко А.А., Юсупов В.И., Баграташвили В.Н., Гиричев Г.В. Электронное строение метановых гидратов // Известия ВУЗов. Химия и Химическая технология. 2014. Т. 57. № 10.
Гиричева Н.И., Ищенко А.А., Юсупов В.И., Баграташвили В.Н., Гиричев Г.В. Колебательные спектры метановых гидратов // Известия ВУЗов. Химия и Химическая технология. 2014. Т. 57. № 12.


Пипко И.И., Пугач С.П., Семилетов И.П. Характерные особенности динамики карбонатных параметров вод восточной части моря Лаптевых // Океанология, 2015, т. 55, № 1, с. 78–92.
Karlsson E.S., Bruchert V., Tesi T., Charkin A., Dudarev O., Semiletov I., Gustafsson O. Contrasting regimes for organic matter degradation in the East Siberian Sea and the Laptev Sea assessed through microbial incubations and molecular markers // Marine Chemistry, 2015, 170, 11–22.
Dogrul Selver A., Sparkes R.B., Bischoff J., Talbot H.M., Gustafsson O., Semiletov I.P., Dudarev O.V., Boult S., van Dongen B.E. Distributions of bacterial and archaeal membrane lipids in surface sediments reflect differences in input and loss of terrestrial organic carbon along a cross-shelf Arctic transect // Organic Geochemistry, Volumes 83–84, June–July 2015, P. 16-26.
Дударев О.В., Чаркин А.Н., Шахова Н.Е., Семилетов И.П., Сергиенко В.И., Пипко И.И., Пугач С.П., Черных Д.В. Особенности современного морфолитогенеза на шельфе моря Лаптевых: Семеновское мелководье («Земля Васема») // Доклады Академии наук, 2015, т. 462, № 2, с. 223-229.
Чаркин А.Н., Дударев О.В., Шахова Н.Е., Семилетов И.П., Пипко И.И., Пугач С.П. Сергиенко В.И. Влияние синоптических процессов и речного стока на формирование полей взвеси в морях Восточной Арктики // Доклады Академии наук, 2015, т. 462, № 5, с. 595-600.
Feng X., O. Gustafsson, R. M. Holmes, J.E. Vonk, B. E. van Dongen, I.P. Semiletov, O.V. Dudarev, M.B. Yunker, R.W. Macdonald, D.B. Montlucon, and T.I. Eglinton. Multi-molecular tracers of terrestrial carbon transfer across the pan-Arctic – Part 1: Comparison of hydrolysable components with plant wax lipids and lignin phenols // Biogeosciences Discuss., 2015, 12, P. 4721-4767.
Sparkes R. B., A.Dogrul Selver, J. Bischoff, H. M. Talbot, O. Gustafsson, I. P. Semiletov, O. V. Dudarev, and B. E. van Dongen. GDGT distributions in the East Siberian Sea: implications for organic carbon export, burial and degradation // Biogeosciences Discuss., 2015, 12, 637-674.
Пипко И.И., Пугач С.П., Репина И.А., Дударев О.В., Чаркин А.Н., Семилетов И.П. Распределение и потоки углекислого газа на шельфе Чукотского моря // Исследование Земли из Космоса, 2015, № 3.
Пипко И.И., Пугач С.П., Семилетов И.П. Оценка потоков СО2 между океаном и атмосферой в восточной части моря Лаптевых в безледный период // Доклады Академии наук, 2015, в печати.
Пугач С. П., Пипко И. И., Семилетов И. П., Сергиенко В. И. Оптические характеристики растворенного окрашенного органического вещества на Восточно-Сибирском шельфе // Доклады Академии наук, 2015, в печати.
Panteleev G., Yaremchuk M., Stroh J., Posey P., Hembert D., Nechaev D. A. Optimization of the High-Frequency Radar Sites in the Bering Strait Region // J. Atm. Ocean Tech., 2015, v. 32, 297-309.

Semiletov I., Pipko I., Gustafsson O., Anderson L.G., Sergienko V., Pugach S., Dudarev O., Charkin A., Gukov A., Broder L., Andersson A., Spivak E., Shakhova N. Extreme acidification in the East Siberian Arctic Shelf driven by a permafrost-released carbon translocation and seawater freshening // Nature Geoscience, 2016, vol. 9, 361-365, doi: 10.1038/NGEO2695.
Broder L., Tesi T. , Andersson A., Eglinton T. I., Semiletov I. P., Dudarev O. V. , Roos P., Gustafsson O. Historical records of organic matter supply and degradation status in the East Siberian Sea // Organic Geochemistry. - 2016 - Vol. 91. - p. 16-30
Jakobsson M., Nilsson J., Anderson L., Backman J. , Bjork G., Cronin T. M., Kirchner N., Koshurnikov A.V., Mayer L., Noormets R., O'Regan M., Stranne C., Ananjev R. A., Barrientos Macho N. , Chernykh D.V. , Coxall H. . , Eriksson B., Floden T., Gemery L., Gustafsson O., Jerram K., Johansson C., Khortov A., Mohammad R., Semiletov I.P. Evidence for an ice shelf covering the central Arctic Ocean during the penultimate glaciation (Article number 10365) // Nature Communications. - 2016 - Vol. 7. - p. 1-10
Savichev O.G. , Mazurov A.K. , Pipko I.I., Sergienko V.I., Semiletov I P. Spatial Patterns of the Evolution of the Chemical Composition and Discharge of River Water in the Ob River Basin // Doklady Earth Sciences. - 2016 - Vol. 466 - №. 1. - p. 49-53.
Tesi, T., I. Semiletov, O. Dudarev, A. Andersson, and O. Gustafsson. Matrix association effects on hydrodynamic sorting and degradation of terrestrial organic matter during cross-shelf transport in the Laptev and East Siberian shelf seas // Journal of Geophysical Research - Biogeosci., 2016, vol. 121, P. 731–752.
Pipko I.I., Pugach S.P., and I. P. Semiletov. Assessment of the CO2 Fluxes between the Ocean and the Atmosphere in the Eastern Part of the Laptev Sea in the Ice-Free Period // Doklady Earth Sciences, 2016, Vol. 467, Part 2, p. 398-401.
Ulyantsev A.S., Bratskaya S.Yu., Romankevich E.A., Semiletov I.P., and V.A. Avramenko. Particle Size Composition of Holocene–Pleistocene Deposits of the Laptev Sea (Buor-Khaya Bay) // Doklady Earth Sciences, 2016, Vol. 467, Part 1, p. 241-245.
Ulyantsev S., Romankevich E.A., Peresypkin V.I., Belyaev N.A., Semiletov I.P., Bratskaya S.Yu., Vetrov A.A., and V.I. Sergienko. Lignin as an Indicator of the Sedimentation Conditions on the Arctic Shelf // Doklady Earth Sciences, 2016, Vol. 467, Part 1, p. 264-269.
Ulyantsev A.S., Polyakova N.V., Romankevich E.A., Semiletov I.P., and V.I. Sergienko. Ionic Composition of Pore Water in Shallow Shelf Deposits of the Laptev Sea // Doklady Earth Sciences, 2016, Vol. 467, Part 1, p. 308-313.
Дроздова А.Н., Ветров А.А., Романкевич Е.А., Прокуда Н.А., Суховерхов С.В., Братская С.Ю., Сергиенко В.И., Семилетов И.П., Ульянцев А.С. Полиядерные ароматические углеводороды в голоцен-плейстоценовых отложениях моря Лаптевых // Доклады Академии наук, 2016, т. 468, № 2, с. 189–192

Back to top